Схема моста постоянного тока служит для. Измерительные мосты постоянного тока: принцип работы и применение

Как работает мост постоянного тока. Для чего используются измерительные мосты в электротехнике. Какие виды мостовых схем существуют. Как применяются мосты для измерения сопротивлений и локализации повреждений в кабельных линиях.

Принцип работы моста постоянного тока

Мост постоянного тока представляет собой электрическую схему, состоящую из четырех резисторов, соединенных в замкнутый контур. Основные элементы моста:

• Четыре плеча моста — резисторы R1, R2, R3, R4
• Источник питания в одной диагонали моста
• Гальванометр (индикатор нуля) в другой диагонали

Принцип работы моста основан на балансе напряжений в его плечах. Когда мост сбалансирован, ток через гальванометр равен нулю. Это происходит при выполнении условия:

R1 * R4 = R2 * R3

Зная три сопротивления из четырех, можно определить неизвестное сопротивление. Например, если R1 — измеряемое сопротивление, то:

R1 = R2 * R3 / R4

Виды мостовых схем постоянного тока

Существуют следующие основные виды мостов постоянного тока:

• Одинарный (четырехплечий) мост Уитстона — классическая схема для измерения сопротивлений
• Двойной (шестиплечий) мост Томсона — для измерения малых сопротивлений
• Мост Кельвина — разновидность двойного моста для очень малых сопротивлений
• Мост Уинстона — для измерения больших сопротивлений

Каковы особенности применения разных типов мостов постоянного тока? Одинарный мост Уитстона используется для измерения сопротивлений в диапазоне 1 Ом — 1 МОм. Двойной мост Томсона позволяет точно измерять малые сопротивления 10^-6 — 1 Ом. Мост Кельвина применяется для сверхмалых сопротивлений до 10^-8 Ом. Мост Уинстона предназначен для больших сопротивлений свыше 1 МОм.

Применение мостов постоянного тока

Основные области применения измерительных мостов постоянного тока:

• Измерение активных сопротивлений с высокой точностью
• Контроль параметров кабельных линий связи
• Определение расстояния до места повреждения кабеля
• Измерение температуры с помощью терморезисторов
• Измерение неэлектрических величин с помощью резистивных датчиков

Как применяются мосты для диагностики кабельных линий? С помощью моста измеряют сопротивление шлейфа, сопротивление изоляции жил, расстояние до места обрыва или короткого замыкания. Это позволяет контролировать состояние кабеля и локализовать повреждения.

Преимущества мостового метода измерений

Мостовой метод обладает рядом важных достоинств:

• Высокая точность измерений в широком диапазоне
• Возможность компенсации влияния паразитных параметров
• Простота конструкции измерительных приборов
• Универсальность — измерение различных электрических величин
• Возможность автоматизации процесса измерений

Почему мостовой метод обеспечивает высокую точность? Это достигается за счет нулевого метода измерения и применения прецизионных элементов в плечах сравнения. Кроме того, мостовые схемы позволяют компенсировать влияние сопротивления соединительных проводов и контактов.

Современные цифровые измерительные мосты

Современные измерительные мосты построены на основе цифровых технологий и имеют ряд преимуществ:

• Автоматическое уравновешивание и расчет результата
• Высокая скорость измерений
• Широкий диапазон измеряемых величин
• Цифровая обработка и фильтрация сигналов
• Интерфейсы для подключения к компьютеру
• Функции регистрации и анализа данных

Как цифровые технологии улучшили возможности мостовых измерителей? Автоматизация уравновешивания повысила скорость и удобство измерений. Цифровая обработка сигналов позволила увеличить точность и помехозащищенность. Появились новые функции хранения, передачи и анализа результатов измерений.

Методика измерений с помощью моста постоянного тока

Основные этапы проведения измерений мостовым методом:

1. Подключение измеряемого объекта к измерительным клеммам моста
2. Установка начального разбаланса моста
3. Уравновешивание моста изменением сопротивлений плеч
4. Фиксация показаний на момент равновесия
5. Расчет искомой величины по показаниям моста

На что следует обратить внимание при проведении измерений? Важно правильно выбрать диапазон измерений и схему подключения. Необходимо учитывать влияние сопротивления соединительных проводов. Для повышения точности рекомендуется проводить несколько измерений и усреднять результат.

Области применения мостов переменного тока

Мостовые схемы переменного тока применяются для измерения:

• Емкости конденсаторов
• Индуктивности катушек
• Взаимной индуктивности
• Тангенса угла диэлектрических потерь
• Добротности катушек индуктивности
• Частоты переменного тока

В чем особенности мостов переменного тока? Они содержат реактивные элементы (конденсаторы, катушки) в плечах моста. Условие равновесия зависит от частоты питающего напряжения. Для индикации используются осциллографические или фазочувствительные нуль-индикаторы.

Мостовые схемы постоянного тока

Мостовые схемы постоянного тока

Никакую книгу по электрическим измерениям нельзя было бы назвать полной без раздела о мостовых схемах. Эти гениальные схемы используют индикатор баланса для сравнения двух напряжений, точно так же как и лабораторные весы сравнивают две массы и указывают на то, что они равны. В отличие от «потенциометрических» схем, используемых для простого измерения неизвестного напряжения, мостовые схемы могут использоваться для измерения всех видов электрических величин, в том числе и сопротивлений.

Стандартная мостовая схема, часто называемая мостом Уитстона (Wheatstone bridge), изображена на рисунке 1.

Рис. 1.

Когда напряжение между точкой 1 и минусом батареи равно напряжению между точкой 2 и отрицательным выводом батареи, то индикатор баланса будет показывать ноль, и про такой мост говорят что он «сбалансирован». Состояние баланса моста полностью зависит от отношений R_a/R_b и R₁/R₂, и оно не зависит от напряжения питания. Для измерения сопротивлений с помощью моста Уитстона на место резисторов R_a или R_b устанавливается неизвестное сопротивление, в то время как остальные три резистора являются прецизионными и их номинал известен. Каждый из этих трёх резисторов может быть заменён сопротивлением другой величины или их номиналы могут быть скорректированы, что бы мост сбалансировался, и когда это произойдёт то величина сопротивления неизвестного резистора может быть определена из соотношения величин известных сопротивлений.

Для этого необходимо, что бы измерительная система имела набор переменных резисторов с точно известными значениями, которые могут служить эталонными стандартами. Например, если мост настроен на измерение сопротивления R_x (рисунок 2), то мы должны знать точное значение остальных трёх сопротивлений при сбалансированном мосте, что бы определить величину сопротивления R_x:

Рис. 2.

Каждое из четырёх сопротивлений в мостовой схеме называют плечом. Резистор, последовательно соединённый с неизвестным сопротивлением, R_x обычно называют реостатом моста (это будет сопротивление R

a на рисунке 2), а другие два сопротивления называют плечами отношений моста.

Точные и стабильные образцовые сопротивления к счастью, не сложно изготовить. В действительности они были одними из первых электрических «Стандартных» устройств, изготовленных в научных целях. На рисунке 3 приведена фотография старинного блока стандартных сопротивлений:

Рис. 3. Магазин образцовых сопротивлений

Стандарт сопротивлений, изображённый на рисунке 3, является переменным с дискретным шагом изменения сопротивления: величина сопротивления между клеммами может изменяться в зависимости от количества и положения медных вставок, вставленных в разъёмы.

Мосты Уитстона считаются превосходным средством измерения сопротивления среди схем различных омметров. Но в отличие от всех этих схем, являющихся нелинейными (и имеющих нелинейные шкалы), и связанные с этим погрешности измерений, мостовая схема является линейной (математика описания её работы основана на простых отношениях и пропорциях) и довольно точной.

Имея стандартные сопротивления достаточной точности и нуль-детектор с необходимой чувствительностью, достижимая точность измерения сопротивления может быть не хуже +-0,05% при использовании моста Уитстона. Это метод измерения сопротивления предпочитают использовать в калибровочных лабораториях из-за его высокой точности.

Существует много вариаций основной схемы моста Уитстона. Большинство мостов постоянного тока используются для измерения сопротивления, в то время как мосты переменного тока могут быть использованы для измерения различных электрических величин, таких как индуктивность, ёмкость и частота.

Интересным вариантом моста Уитстона является двойной мост Кельвина, используемый для измерения очень малых сопротивлений (обычно менее 1/10 Ома), его схема изображена на рисунке 4:

Рис. 4. Двойной мост Кельвина.
R_a и R_x являются низкоомными сопротивлениями.

Низкоомные резисторы на рисунке изображены толстой линией, так же как и проводники, соединяющие их с источником напряжения, обеспечивающим сильный ток. Принцип работы этого измерительного моста причудливой конфигурации, пожалуй, лучше всего понять, если начать объяснение принципа его работы со стандартного моста Уитстона, настроенного для измерения низкого сопротивления, этот мост развивался шаг за шагом до его нынешнего состояния в попытке преодолеть некоторые проблемы, возникшие в мосте Уитстона стандартной конфигурации.

Если бы мы использовали стандартный мост Уитстона для измерения небольших сопротивлений, то его схема бы выглядела примерно так (рисунок 5):

Рис. 5.

Когда нуль-детектор указывает нулевое напряжение, мы знаем, что мост сбалансирован и что соотношение R_a/R_x и R_M/R_N математически равны друг другу. Зная значения R_a, R_M, and R_N поэтому мы имеем все необходимые данные, чтобы найти величину Rx. Почти.

Имеется проблема в том, что соединения и соединительные провода между R_a и R_x обладают неким сопротивлением, и эти паразитные сопротивления могут быть существенными по сравнению с низким сопротивлением R_a и R_x. Эти паразитные сопротивления понизят реальное напряжение, учитывая большой ток, протекающий через них, и таким образом будут влиять на показания детектора нуля и на баланс моста (Рисунок 6):

Рис. 6.
Паразитное напряжение E_пров. ухудшает точность измерения R_x.

Так как мы не хотим измерять сопротивление этих паразитных проводников и сопротивление соединений, а нас интересует только измерение сопротивления R_x, то надо найти такой способ включения нуль-детектора, что бы на его показания не влияли падения напряжений, протекающего через эти сопротивления. Если мы присоединим нуль-детектор и плечи отношений R

M/R_N напрямую к выводам R_a и R_x, то это приведёт нас к такой реализации измерительного моста (Рисунок 7):

Рис. 7.
Теперь только два паразитных падения напряжения E_пров. являются частями цепи нуль-детектора.

Теперь два крайних падения напряжения E_пров. не оказывают воздействия на нуль-детектор и не влияют на точность измерений сопротивления R_x. Но два оставшихся падения напряжений E_пров. являются проблемой, так как проводник, соединяющий нижний по схеме вывод R_a и верхний по схеме вывод R_x теперь шунтирует оба падения напряжения и по нему будет течь существенный ток, который создаст на этом проводнике своё падение напряжения.

Зная, что левая часть нуль-детектора должна быть подключена к двум крайним выводам сопротивлений R_a и R_x, что бы не вносить ошибки, связанные с паразитными падениями напряжения E_пров. в цепи нуль-детектора, и что любой прямой провод, соединяющий выводы этих сопротивлений R

a и R_x будет сам нести значительный ток и создавать ещё большее паразитное падение напряжения, то единственным способом преодолеть эту проблему является создание соединения, имеющее существенное сопротивление, между нижнем по схеме выводом R_a и верхнем по схеме выводом R_x (Рисунок 8):

Рис. 8.

Справится с паразитными падениями напряжений между выводами сопротивлений R_a R_x можно путём изменения сопротивления двух новых резисторов таким образом, что бы отношение их величин было бы таким же, как и отношение величин сопротивлений в плече отношений, находящихся по схеме с правой стороны от нуль-детектора. Вот почему эти резисторы были помечены R_m и R_n в оригинальной схеме двойного моста Кельвина: для обозначения их соразмерности с сопротивлениями R_M и R_N (Рисунок 9):

Рис. 9. Двойной мост Кельвина
Ra и Rx являются низкоомными сопротивлениями.

При отношении R_m/R_n равном отношению R_M/R_N, резистор в плече реостата R_a регулируется до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет, что мост сбалансирован, и тогда можно будет сказать, что отношение R_a/R_x равно отношению R_M/R_N, или просто найти R_x из следующего уравнения:

Полное уравнение баланса двойного моста Кельвина выглядит следующим образом (R_пров. — это сопротивление толстых соединительных проводов между низкоомным образцовым сопротивлением R_a и испытуемым сопротивлением R_x):

До тех пор пока соотношение между R_M и R_N равно отношению между R_m и R_n, уравнение баланса будет не сложнее чем у обычного моста Уитстона, при R_x/R_a равном R_N/R_M, так как последнее выражение в уравнении будет равно нулю, так что будет отсутствовать влияние всех сопротивлений, кроме R_x, R_a, R_M, и R_N.

Во многих двойных мостовых схемах Кельвина R_M=R_m и R_N=R_n. Однако чем меньше значения сопротивлений R_m и R_n, тем более чувствительным должен быть нуль-детектор, потому что там будет меньше последовательное сопротивление. Увеличение чувствительности детектора является полезным, так как оно позволит обнаруживать слабые дисбалансы, и таким образом мост можно будет сбалансировать с большой точностью. Таким образом некоторые высокоточные двойные мосты Кельвина используют сопротивления R_m и R_n со значениями в 100 раз меньше, чем значения сопротивлений R_M и R_N в другом плече. К сожалению, однако, чем ниже значения сопротивлений R_m и R_n, тем больший ток по ним будет течь, что увеличит влияние любого сопротивления в точке подключения R_m и R_n к R_a и R_x. Как вы можете видеть, высокая точность инструмента требует, чтобы учитывались все ошибки различных факторов, и часто лучшее, что может быть достигнуто является компромиссом минимизации двух или более различных видов ошибок.

• ИТОГ:
• Мостовые схемы используют чувствительный индикатор нуля для сравнения двух напряжений на их равенство.
• Мост Уитстона (Wheatstone bridge) может быть использован для измерения сопротивлений путём сравнения сопротивления неизвестного номинала и образцового сопротивления с известной величиной, так же как с помощью лабораторных весов измеряют неизвестный вес путём сравнения его со стандартными грузами.
• Двойной мост Кельвина является вариантом моста Уитстона для измерения очень малых сопротивлений. Его усложнение по сравнению с базовой схемой моста Уитстона является необходимым для избежания ошибок, вносимых паразитными сопротивлениями на пути тока между низкоомным образцовым сопротивлением и сопротивлением, величина которого измеряется.

BACK

Измерительный мост постоянного тока — Студопедия

Аналоговые приборы компенсационного типа

Для измерений различных величин находят применение изме­рительные приборы — мосты и компенсаторы, которые строятся на основе метода сравнения с мерой.

Мосты широко используют для измерения сопротивления, индуктивности, емкости, добротности и угла потерь. На основе мостовых схем выпускают приборы для измерения неэлектрических величин (температуры, перемещений и др.) и различные устройства автоматики. Широкое применение мостов объясняется возможностью получения высокой точности результатов измерений, высокой чувствительности и возможностью измерения различных величин.

В зависимости от характера сопротивлений плеч, образующих мост, и рода тока, питающего мост, выделяют мосты постоянного тока и мосты переменного тока. В зависимости от вида схемы (числа плеч) мосты постоянного тока бывают четырехплечие (одинарные) и шестиплечие (двойные). Мосты выпускаются с ручным и автоматическим уравновешиванием.

Для измерений напряжений и ЭДС постоянного и переменного тока применяют компенсаторы постояного и переменного тока. Они также применяются для измерения других величин при использовании измерительных преобразователей и косвенного способа измерений.

Компенсаторы дают возможность получать результаты с высокой точностью, они обладают высокой чувствительностью.

Приборостроительная промышленность выпускает компенсаторы как с ручным, так и с автоматическим уравновешиванием.

Мост постоянного тока содержит четыре резистора, соединенных в кольцевой замкнутый контур. Резисторы Rl, R2, R3 и R4 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч — вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями. Одна из диагоналей (3-4) содержит источник питания GB, а другая (1-2) — указатель равновесия PG.

Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, т.е. напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля, отсутствует и ток через индикатор равен нулю.

Рис.4.23. Схема четырехплечего (одинарного) моста постоянного тока

Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором мост урав­новешен, называется условием равновесия моста. Это условие можно получить, используя законы Кирхгофа для расчета мостовой схемы. Например, для одинарного моста постоянного тока зависимость проте­кающего через индикатор нуля (гальванометр) PG тока I_G от со­противлений плеч, сопротивления гальванометра R_Gи напряжения питания U имеет вид

(4.38)

Ток I_G = 0 при условии R₁R₄ = R₂R₃.

Это и есть условие равновесия одинарного моста постоянного тока, которое можно сформулировать следующим образом: для того чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч неизвест­но (например, R₁ = R_x), то условие равновесия будет иметь вид

(4.39)

Таким образом, измерение при помощи одинарного моста можно рассматривать как сравнение неизвестного сопротивления R_xс образцовым сопротивлением R₂при сохранении неизменным отношения R₃/R₄. По этой причине плечо R₂называют плечом сравнения, плечи R₃ и R₄— плечами отношения.

Если в предварительно уравновешенном мосте первое плечо получает приращение ΔR₁ то в диагонали моста возникает ток, который в первом приближении (при условии ΔR₁ <<R₁)

(4.40)

Важной характеристикой моста является его чувствительность:

(4.41)

Из двух последних двух выражений следует, что чувствительность пропорциональна напряжению питания моста и максимальна при условии R₁=R₂ и R₃=R₄. Возможность увеличения напряжения питания ограничивается допустимой рассеиваемой мощностью плеч моста.

Одинарные мосты постоянного тока применяются для измерения средних величин сопротивлений (10 — 10⁶ Ом). В широкодиапазонных одинарных мостах плечо сравнения (R₂) изготавливают в виде многодекадного магазина сопротивлений. Плечи отношений (R₃, R₄) выполняют в виде штепсельных магазинов сопротивления, которые могут иметь значения 10, 100, 1000 и 10 000 Ом.

При измерении сопротивлений величиной менее 10 Ом на результат измерения оказывают существенное влияние сопротивление контактов и соединительных проводов. Уменьшить это влияние можно следующими способами:

1. использовать 4-х зажимное подключение измеряемого резистора в схеме одинарного (четырехплечего) моста.

2. использование двойного (шестиплечевого) моста.

Конструктивно современные мосты обычно выполняют в металлическом корпусе, на панели которого размещаются ручки магазина сопротивлений (плечо сравнения), переключатели плеч отношения, зажимы для подключения измеряемого объекта, наружного гальванометра, источника питания. Некоторые мосты выпускаются со встроенными гальванометрами.

Для измерения сопротивлений в широком диапазоне промыш­ленность выпускает одинарные и одинарно-двойные мосты. Например, одинарно-двойной мост Р3009 предназначен для измерений на постоянном токе сопротивлений от 10^-8 до 10¹⁰ Ом. Основная допускаемая погрешность моста определяется классом точности, который для этого моста гарантируется от k = 2 до k = 0,02 в зависимости от поддиапазона измерений.

Принцип работы мостовой схемы

Принцип работы мостовой схемы измерения продемонстрирован на рисунке 1, а способ ее применения на практике — на рисунке 2.

Рис. 1.

Сопротивление R1 вычисляется исходя из полученного при балансировке измерительно моста соотношения R4/R3, в качестве R2 используется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее — современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами — мультиметрами, рефлектометрами и т. п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Рис. 2.

Рассмотренный выше мост, используемый для измерения сопротивления, носит имя Уитстона (Wheatstone). Для подключения измеряемых цепей в нем применяются всего две клеммы (B и C). Более сложные схемы реализованы в двух других мостах — Муррея (Murray) и Купфмюллера (Kupfmuller) (рис.3). Здесь измеряемые цепи подключаются с помощью трех клемм (A, B и C). В более сложных схемах Хилборна/Графа (Hilborn/Graf) задействуются четыре клеммы (A, B, B’ и C). Смысл увеличения числа точек подключения станет понятен при рассмотрении схем измерения с применением мостов.

Рис. 3.

Еще один момент. Все упомянутые мостовые схемы используются для измерений при постоянном токе (определяются величины активных сопротивлений, подключенных к клеммам). Кроме того, мостовые схемы Уитстона и Муррея используются для измерений при переменном токе — определяются величины емкостей, подключенных к клеммам (рис. 4). В таких мостах источником напряжения служит генератор синусоидального напряжения.

Рис. 4.

См. также:

 

Схема — мост — постоянный ток

Схема — мост — постоянный ток

Cтраница 1

Схема моста постоянного тока дана на рис. 8.12, а. Она содержит сопротивления Ri, R2, Ra, Ri, называемые сопротивлениями плеч моста. При измерении неэлектрических величин вместо гальванометра может применяться магнитоэлектрический логометр.  [1]

Вольтметр собран по схеме балансного моста постоянного тока, в одну диагональ которого включен микроамперметр, контролирующий ток моста, а к другой — подводится постоянное напряжение.  [2]

Вызванное этим повышение сопротивления нити измеряется схемой моста постоянного тока.  [4]

На рис. 17 — 13, а приведена схема моста постоянного тока. Кз, Кз и R в этой схеме образуют плечи, а цепи между точками схемы ab и erf — диагонали моста. В одну из этих диагоналей включается электрический измерительный прибор, который служит для измерения ( индикации) тока при разбалансировании моста, а в другую — источник питания мостовой схемы.  [6]

Рассмотрим применение метода эквивалентного генератора для анализа работы схемы четы-рехплечного моста постоянного тока.  [7]

Схемы мостов переменного тока отличаются большим разнообразием, нежели схемы мостов постоянного тока. Наряду с простыми четырехплечими мостовыми схемами для измерений на переменном токе применяют более сложные шести-и семипле-чие мосты, а также цепи, плечи которых образованы индуктивно-связанными элементами. Все эти схемы, какими бы различными они ни казались на первый взгляд, путем последовательных эквивалентных преобразований могут быть сведены к схеме четырехплечего моста. Таким образом, схема четырехплечего моста является основной.  [8]

В качестве практической измерительной схемы во многих газоанализаторах теплопроводности применяется схема моста постоянного тока, принципиальный вариант которой изображен на фиг. Чувствительные элементы RI и Rs являются рабочими плечами моста и омываются анализируемой газовой смесью. Два других плеча моста R % и R представляют собою чувствительные элементы, помещенные в герметически закрытые ячейки, заполненные сравнительным газом, состав которого по содержанию определяемого компонента соответствует нижнему пределу измерения газоанализатора. Имеются варианты схемы, в которых сравнительные чувствительные элементы не находятся в закрытых ячейках, а подобно рабочим плечам моста непрерывно омываются сравнительным газом.  [9]

В качестве чувствительных элементов детектора используются гермисторы, включенные в схему моста постоянного тока. Прохождение через детектор бинарной смеси вызывает разбаланс моста, в измерительной диагонали которого появляется напряжение, пропорциональное концентрации отдельных компонентов в смеси пробы газа. Это напряжение1 после преобразования регистрируется на картограмме прибора в виде пика. Площадь пика пропорциональна концентрации компонента. Если сумму площадей всех пиков принять за 100 %, то концентрации составляющих смесь компонентов могут быть определены но величине площадей отдельных пиков, отнесенных ко всей площади.  [10]

В хроматографе ХПА-1 применен детектор по теплопроводности, включенный по схеме моста постоянного тока, с автоматическим регистратором.  [11]

Измерительные мосты постоянного и переменного тока. Принципы измерений: мост Уитстона

При обслуживании металлических кабельных линий наиболее часто пользуются измерительными мостами, хотя для поиска мест повреждения кабеля существуют и другие приборы. Во-первых, они обеспечивают высокую точность в широком диапазоне измеряемых величин. Во-вторых, их применение позволяет организовать измерения таким образом, чтобы компенсировать посторонние влияния, что незаменимо для локализации неисправности. В-третьих, они недороги.

Учитывая сказанное, полезно ознакомиться не только с устройством измерительных мостов, но и с принципами их применения для локализации неисправностей. Впрочем, говоря языком математики, для построения оптимальных схем измерения такие знания необходимы, но недостаточны. Диагностика — это всегда и опыт, и искусство.

Принцип работы мостовой схемы измерения продемонстрировано на Рисунке 1 (RM1a), а способ ее применения на практике — на Рисунке 2 (RM2a). Сопротивление R1 вычисляется исходя из полученного при балансировке моста соотношения R4/R3, в качестве R2 используется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее — современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами — мультиметрами, рефлектометрами и т. п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Рассмотренный выше мост, используемый для измерения сопротивления, носит имя Уитстона (Wheatstone). Для подключения измеряемых цепей в нем применяются всего две клеммы (B и C). Более сложные схемы реализованы в двух других мостах — Муррея (Murray) и Купфмюллера (Kupfmuller) (RM2в). Здесь измеряемые цепи подключаются с помощью трех клемм (A, B и C). В более сложных схемах Хиборна/Графа (Hilborn/Graf) задействуются четыре клеммы (A, B, B’ и C) (RM3). Смысл увеличения числа точек подключения станет понятен при рассмотрении схем измерения с применением мостов.

Еще один момент. Все упомянутые мостовые схемы используются для измерений при постоянном токе (определяются величины активных сопротивлений, подключенных к клеммам). Кроме того, мостовые схемы Уитстона и Муррея используются для измерений при переменном токе (определяются величины емкостей, подключенных к клеммам). В таких мостах источником напряжения служит генератор синусоидального напряжения.

Теперь остановимся на схемах измерений. С помощью моста Уитстона при постоянном токе измеряют сопротивление витой пары (шлейфа), сопротивление изоляции жил пары, сопротивление изоляции между жилами и экраном (RM3, RM4, RM5).

Значения упомянутых параметров используются для диагностики кабельных линий. Локализация же неисправностей требует определения места повреждения на кабельной линии. При помощи моста постоянного тока несложно вычислить расстояние до места повреждения. Зная сопротивление шлейфа Rшл и погонное сопротивление жил кабеля Rпог, можно воспользоваться формулой: Lпары = Rшл / 2Rпог, и рассчитать длину витой пары.

Погонное сопротивление медных жил определяется табличным способом по их сечению. Оно зависит не только от сечения жил, но и от их температуры. Чтобы избежать ошибки, нужно использовать значение погонного сопротивления для соответствующей температуры (особенно важно это для воздушных кабельных линий, где температура меняется в широких пределах). В простых мостах значения вводятся оператором вручную из таблиц. В более сложных приборах при помощи автоматической или полуавтоматической калибровочной процедуры определяется поправочный коэффициент по измеренному значению температуры (для чего в комплекте прибора присутствует щуп-датчик).

Длина витой пары может быть установлена также мостовым методом при переменном токе. В таком случае измеряемым параметром является емкость витой пары. Разделив емкость витой пары на ее погонную емкость, получим длину витой пары.

Аналогично рассмотренным выше измерениям при постоянном токе, с помощью моста Уитстона при переменном токе определяются емкость витой пары (шлейфа) и емкость каждой из жил пары относительно экрана. Длина жил может быть вычислена по их погонной емкости. Погонная емкость (нФ/км) витой пары зависит от сечения жил, типа скрутки, вида и материала изоляции и определяется табличным способом по типу кабеля.

Резкое увеличение емкости витой пары по сравнению с ее паспортным значением, как правило, свидетельствует о наличии воды в сердечнике кабеля. Для локализации повреждений этого типа применяются другие методы, прежде всего зондирование поврежденной пары с помощью рефлектометра.

Отметим, что, в отличие от сопротивления, погонная емкость слабо зависит от температуры, что существенно упрощает измерения.

 

10. Мостовые схемы | 7. Измерительные приборы | Часть1

10. Мостовые схемы

Мостовые схемы

Никакой учебник по электроизмерительным приборам нельзя назвать полным, если в нем не будет раздела, посвященного мостовым схемам. Эти гениальные схемы используют индикатор нулевого баланса (детектор «нуля») для сравнения двух напряжений. Но, в отличие от «потенциометрических» схем, которые используются только для измерения неизвестного напряжения, мостовые схемы могут быть использованы для измерения всех видов электрических величин, включая и сопротивление.

Стандартная мостовая схема, часто называемая мостом Уитстона, выглядит примерно так:

 

Когда напряжение между точкой 1 и минусом батареи равно напряжению между точкой 2 и отрицательным выводом батареи, то индикатор баланса будет показывать ноль, и про такой мост говорят что он «сбалансирован». Состояние баланса моста полностью зависит от отношений R_a/R_b и R₁/R₂, и оно не зависит от напряжения питания. Для измерения сопротивлений с помощью моста Уитстона на место резисторов R_a или R_b устанавливается неизвестное сопротивление, в то время как остальные три резистора являются прецизионными и их номинал известен. Каждый из этих трёх резисторов может быть заменён сопротивлением другой величины или их номиналы могут быть скорректированы, что бы мост сбалансировался, и когда это произойдёт то величина сопротивления неизвестного резистора может быть определена из соотношения величин известных сопротивлений.

Для этого необходимо, что бы измерительная система имела набор переменных резисторов с точно известными значениями, которые могут служить эталонными стандартами. Например, если мост настроен на измерение сопротивления R_x (рисунок 2), то мы должны знать точное значение остальных трёх сопротивлений при сбалансированном мосте, что бы определить величину сопротивления R_x:

Каждое из четырёх сопротивлений в мостовой схеме называют плечом. Резистор, последовательно соединённый с неизвестным сопротивлением, R_x обычно называют реостатом моста (это будет сопротивление R_a на рисунке 2), а другие два сопротивления называют плечами отношений моста.

Точные и стабильные образцовые сопротивления к счастью, не сложно изготовить. В действительности они были одними из первых электрических «Стандартных» устройств, изготовленных в научных целях. Ниже приведена фотография старинного блока стандартных сопротивлений:

 

Стандарт сопротивлений, изображённый на этой фотографии, является переменным с дискретным шагом изменения сопротивления: величина сопротивления между клеммами может изменяться в зависимости от количества и положения медных вставок, вставленных в разъёмы.

Мосты Уитстона считаются превосходным средством измерения сопротивления среди схем различных омметров. Но в отличие от всех этих схем, являющихся нелинейными (и имеющих нелинейные шкалы), и связанные с этим погрешности измерений, мостовая схема является линейной (математика описания её работы основана на простых отношениях и пропорциях) и довольно точной.

Имея стандартные сопротивления достаточной точности и нуль-детектор с необходимой чувствительностью, достижимая точность измерения сопротивления может быть не хуже +-0,05% при использовании моста Уитстона. Это метод измерения сопротивления предпочитают использовать в калибровочных лабораториях из-за его высокой точности.

Существует много вариаций основной схемы моста Уитстона. Большинство мостов постоянного тока используются для измерения сопротивления, в то время как мосты переменного тока могут быть использованы для измерения различных электрических величин, таких как индуктивность, ёмкость и частота.

Интересным вариантом моста Уитстона является двойной мост Кельвина, используемый для измерения очень малых сопротивлений (обычно менее 1/10 Ома), его схема изображена на следующем рисунке:

 

Низкоомные резисторы на рисунке изображены толстой линией, так же как и проводники, соединяющие их с источником напряжения, обеспечивающим сильный ток. Принцип работы этого измерительного моста причудливой конфигурации, пожалуй, лучше всего понять, если начать объяснение принципа его работы со стандартного моста Уитстона, настроенного для измерения низкого сопротивления, этот мост развивался шаг за шагом до его нынешнего состояния в попытке преодолеть некоторые проблемы, возникшие в мосте Уитстона стандартной конфигурации.

Если бы мы использовали стандартный мост Уитстона для измерения небольших сопротивлений, то его схема бы выглядела примерно так:

 

Когда нуль-детектор указывает нулевое напряжение, мы знаем, что мост сбалансирован и что соотношение R_a/R_x и R_M/R_N математически равны друг другу. Зная значения R_a, R_M, and R_N поэтому мы имеем все необходимые данные, чтобы найти величину Rx. Почти.

Имеется проблема в том, что соединения и соединительные провода между R_a и R_x обладают неким сопротивлением, и эти паразитные сопротивления могут быть существенными по сравнению с низким сопротивлением R_a и R_x. Эти паразитные сопротивления понизят реальное напряжение, учитывая большой ток, протекающий через них, и таким образом будут влиять на показания детектора нуля и на баланс моста:

Так как мы не хотим измерять сопротивление этих паразитных проводников и сопротивление соединений, а нас интересует только измерение сопротивления R_x, то надо найти такой способ включения нуль-детектора, что бы на его показания не влияли падения напряжений, протекающего через эти сопротивления. Если мы присоединим нуль-детектор и плечи отношений R_M/R_N напрямую к выводам R_a и R_x, то это приведёт нас к такой реализации измерительного моста:

 

Теперь два крайних падения напряжения E_пров. не оказывают воздействия на нуль-детектор и не влияют на точность измерений сопротивления R_x. Но два оставшихся падения напряжений E_пров. являются проблемой, так как проводник, соединяющий нижний по схеме вывод R_a и верхний по схеме вывод R_x теперь шунтирует оба падения напряжения и по нему будет течь существенный ток, который создаст на этом проводнике своё падение напряжения.

Зная, что левая часть нуль-детектора должна быть подключена к двум крайним выводам сопротивлений R_a и R_x, что бы не вносить ошибки, связанные с паразитными падениями напряжения E_пров. в цепи нуль-детектора, и что любой прямой провод, соединяющий выводы этих сопротивлений R_a и R_x будет сам нести значительный ток и создавать ещё большее паразитное падение напряжения, то единственным способом преодолеть эту проблему является создание соединения, имеющее существенное сопротивление, между нижнем по схеме выводом R_a и верхнем по схеме выводом R_x:

Справится с паразитными падениями напряжений между выводами сопротивлений R_a R_x можно путём изменения сопротивления двух новых резисторов таким образом, что бы отношение их величин было бы таким же, как и отношение величин сопротивлений в плече отношений, находящихся по схеме с правой стороны от нуль-детектора. Вот почему эти резисторы были помечены R_m и R_n в оригинальной схеме двойного моста Кельвина: для обозначения их соразмерности с сопротивлениями R_M и R_N:

При отношении R_m/R_n равном отношению R_M/R_N, резистор в плече реостата R_a регулируется до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет, что мост сбалансирован, и тогда можно будет сказать, что отношение R_a/R_x равно отношению R_M/R_N, или просто найти R_x из следующего уравнения:

Полное уравнение баланса двойного моста Кельвина выглядит следующим образом (R_пров. — это сопротивление толстых соединительных проводов между низкоомным образцовым сопротивлением R_a и испытуемым сопротивлением R_x):

До тех пор пока соотношение между R_M и R_N равно отношению между R_m и R_n, уравнение баланса будет не сложнее чем у обычного моста Уитстона, при R_x/R_a равном R_N/R_M, так как последнее выражение в уравнении будет равно нулю, так что будет отсутствовать влияние всех сопротивлений, кроме R_x, R_a, R_M, и R_N.

Во многих двойных мостовых схемах Кельвина R_M=R_m и R_N=R_n. Однако чем меньше значения сопротивлений R_m и R_n, тем более чувствительным должен быть нуль-детектор, потому что там будет меньше последовательное сопротивление. Увеличение чувствительности детектора является полезным, так как оно позволит обнаруживать слабые дисбалансы, и таким образом мост можно будет сбалансировать с большой точностью. Таким образом некоторые высокоточные двойные мосты Кельвина используют сопротивления R_m и R_n со значениями в 100 раз меньше, чем значения сопротивлений R_M и R_N в другом плече. К сожалению, однако, чем ниже значения сопротивлений R_m и R_n, тем больший ток по ним будет течь, что увеличит влияние любого сопротивления в точке подключения R_m и R_n к R_a и R_x. Как вы можете видеть, высокая точность инструмента требует, чтобы учитывались все ошибки различных факторов, и часто лучшее, что может быть достигнуто является компромиссом минимизации двух или более различных видов ошибок.

Мостовые схемы измерителей параметров элементов — Студопедия

Для измерения параметров элементов цепей методом сравнения применяют мосты. В сравнении измеряемой величины (сопротивление, индуктивность, емкость) с образцовой меры при помощи моста измеряют автоматически или вручную на переменном или постоянном токе. Мостовые схемы обладают высокой точностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров элементов. На основе мостовых методов строят приборы, предназначенные для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные. Существует несколько элементов мостовых схем RLC: четырехплечие, уравновешенные, неуравновешенные и процентные. В зависимости от вида мостовых схем количество входящих в ее состав ветвей (плеч) мосты можно разделить на: четырехплечие, многоплечие, Т-образные и т.д. наиболее распространенные четырехплечие (одинарные) мосты. Т-образные мосты обычно применят для измерения параметров электрических цепей на высоких и сверхвысоких частотах. В состав каждой мостовой схемы входят измеряемые параметры и переменные образцовые меры. В зависимости от соотношения между параметрами мостовой схемы может быть, а может и отсутствовать напряжение (ток), в результате чего мосты делятся на неуравновешенные (есть ток) и уравновешенные (нет тока).

Принцип действия четырехплечего (одинарного) моста.

Одинарный мост имеет 4 плеча (Z1,Z2,Z3,Z4), источник питания (U), ноль-индикатор. Если сопротивления таковы что точки А и В имеют равные потенциалы, то через ноль-индикатор отсутствует; в этом случае говорят что достигается равновесие моста. Z1*Z4=Z2*Z3 (1). Если Z4 неизвестное сопротивление, то его значение можно определить из условия равновесия Z4=Z2*Z3/Z1 (2). Отсюда следует, что равновесие не зависит от сопротивления ноль-индикатора, т.к. ток не течет через него, а также от напряжения и сопротивления источника питания. Таким образом, высокостабильный источник питания не требуется. Z3 – плечо сравнения, а отношение Z1/Z2 определяет диапазон изменения измеряемой величины. Чтобы охватить широкий диапазон известных импедансов мосты снабжают переключателем, которые изменяют сопротивление Z1 и Z2 в 10 раз. Сопротивление моста в общем случае имеет комплексный характер: Z1=Z1*e^jf1, Z2=Z2*e^jf2, Z3=Z3*e^jf3, Z4=Z4*e^jf4.

Zj – модули комплексных сопротивлений

fi – соответствующая фаза

φ1+φ4=φ2+φ3 (3)

Когда равновесие моста определяется выражениями 1 и 3 тогда мост переменного тока нуждается в регулировке двух независимых параметров, чтобы обеспечить равновесие модулей и фазовых углов.

Чувствительность моста очень важный параметр и определяется, как способность менять на малые отклонения. Оно выражается как изменение тока через ноль-индикатор при единичном отклонении моста регулируемого в положении равновесия. При максимальной чувствительности моста если Z2=Z4, то и Z1=Z3. на практике это условие выполняется редко, т.к. Z3 должно быть достаточно большим чтобы обеспечить требуемую точность. Наибольшая чувствительность достигается, когда ноль-индикатор включен между контактами двух плеч с максимальным и минимальным импедансом. Чувствительность моста также пропорциональна напряжению источника питания. В качестве ноль-индикатора в мосте постоянного тока можно использовать магнитно-электрический прибор. Простейшим индикатором для моста переменного тока является головной телефон; на частотах, на которых чувствительность уха низка применяют радиоприемник или измерительные усилители. Для достижения высокой чувствительности и избирательности требуется генератор непрерывного сигнала и гетеродинный индикатор. Для уравновешивания моста используют также подключенный к осциллографу усилитель. Напряжение источника питания не должно превышать максимально допустимого напряжения и не выделять избыточного тепла. Чем ниже напряжение, тем ниже чувствительность моста и система более восприимчива к высокочастотным помехам. Для мостов переменного тока на низкой частоте можно использовать сетевое напряжение 50 Гц. Выпускаемые промышленные мосты обычно содержат источники питания с различными частотами, т.к. чувствительность мостов с реактивными сопротивлениями пропорционально частоте и эта зависимость может быть крутой на одном конце сопротивления и пологой на другом. Максимальная частота источника питания должна быть ниже собственной резонансной частоты измеряемых элементов, чтобы уменьшить ошибки измерений. Если точка равновесия моста чувствительна к частоте, то источник питания должен иметь стабильную частоту и не генерировать гармоники, т.к. уравновешенные на одной частоте не остаются в равновесии на гармонике.

Резистивные мосты.

Мост Уитстона.

Наибольшее распространение получил резистивный мост называемый мостом Уитстона.

Rx – неизвестное сопротивление

R1, R2, R3 – регулируются до тех пор пока ток через ноль-индикатор не станет равным нулю. В таком положении Rх определяется: Rх=R3R2/R1 (4)

R1 и R2 – неизвестные фиксированные сопротивления в диапазоне от 1Ом до 1кОм, при этом R2/R1 составляет от 10^-3 до 10³.

R3 регулируется шагом 1 или 1.1Ом вплоть до 10кОм, чтобы уравновесить мост. При измерении, R1 и R2 выбираются такими, чтобы чувствительность моста была максимальной. R4 сначала включают в цепь для защиты ноль-индикатора, но может быть и закорочено для повышения чувствительности, когда равновесие достигнуто.

Мост Уитстона используют для измерения сопротивлений резистора с двумя зажимами от 1Ом до 100 МОм. Нижний предел измерения сопротивлений зависит от импеданса соединений проводов и контактов. Для измерения сопротивлений ниже 1ом используют второй мост Уитстона. При измерении до 100 Ом мост дает ошибку (5-100)10^-6. В мосте используются резисторы из манганина, который имеет низкий температурный коэффициент сопротивления, высокую стабильность, и низкий термоЭДС. При проведении измерений с мотом Уитстона обычно берут 2 отсчета при разных полярностях батареи, а затем усредняют результат, исключая эффект термоЭДС. Пиковый ток через резисторы должен поддерживаться на низком уровне, чтобы избежать изменения сопротивления из-за их нагрева током. Чтобы использовать мост Уитстона для измерений выше 100 МОм требуется высокое напряжение, тогда токи утечки на землю могут приводить к заметным погрешностям. Их можно уменьшить и расширить рабочий диапазон моста до 10¹² Ом, если использовать высокочувствительный индикатор и методы защиты (экранирование, заземление экрана и другое).

Мосты для измерения индуктивности.

Для измерения индуктивности в этих мостах используется метод сравнения с известной индуктивностью. Для питания используется переменный ток, при этом две составляющие моста должны быть регулируемые, чтобы обеспечить уравновешивание, как по модулю, так и по фазе. Предполагается, что неизвестная катушка имеет собственную индуктивность Lx, взаимную Nx и сопротивление Rx.

Мост для измерения индуктивности методом сравнения с мерой.

Наиболее прямой метод измерения индуктивности состоит в сравнении с известной с помощью моста.

R1 – регулируемое сопротивление, которое включает сопротивление катушки L1

r – резистор (необязателен)

При равновесии моста Rx и Lx определяется:

Rx=(R1*R3/R2)-r (5)

Lx=L1R3/R2 (6)

Регулируя L1 и R1, уравновешивающийся мост достигает равновесия с Rx и Lx. Поскольку индуктивности имеют относительно большие собственные сопротивления, можно включит в схему r и изменить его сопротивление в процессе уравновешивания, чтобы расширить диапазон измеряемых индуктивностей. Если использовать меры индуктивности, то уравновешивание моста можно обеспечит регулировкой R1 и R3/R2, но при регулировке они будут влиять друг на друга, в результате время уравновешивания увеличивается и зависит от добротности Q неизвестной индуктивности. Такой измеритель индуктивности используется редко из-за трудности получения стабильных и точных индуктивностей.

Мост Максвелла-Вина.

В модификации моста Максвелла предложенной Вином для измерения неизвестной индуктивности используется параллельное соединение сопротивлений и емкостей.

Поскольку ток через конденсатор опережает ток через индуктивность, необходима фазовая компенсация. Следовательно, емкостные и индуктивные компоненты следует размещать в противоположных плечах моста. Условие равновесия моста:

Rx=R1R3/R2 (7)

Lx=R1R3/C (8)

Qx=ωLx/Rx=ωR2C (9)

Индуктивность измеряется с помощью емкостей высокого качества, которые значительно точнее и легче в изготовлении, чем образцовые, и создают незначительное поле. Равновесие обычно достигается регулировкой R2 и С, т.к. этим обеспечивается независимое уравновешивание Rx и Lx. Однако можно использовать фиксированную С и регулировать R2, R1 или R3, хотя при этом время уравновешивания возрастает. Мост широко используется для измерения индуктивности катушек с добротностью Q ниже 10. Этот верхний предел Q обусловлен тем, что как следует из (3) сумма фазовых углов противоположных плеч моста должны быть равны при равновесии. Т.к. R1 и R3 активные сопротивления, то их фазовые углы равны нулю. Ток через индуктивность с большой Q будет отставать по фазе почти на 90⁰. это означает, что резистор R2 должен иметь слишком большое сопротивление. Эта трудность преодолена в мосте Хея.

Мост Хея.

Rx=R1R3/R2(1+Q²x) (10)

Lx=R1R3C/(1+1/Q²x) (11)

Qx=ωLx/Rx=1/ωR2c (12)

(10) и (12) – условие равновесия

R2 соединен последовательно с емкостью С. При высокой добротности Lx R2 можно выбрать очень маленьким. Недостаток: равновесие зависит так, что шкалу прибора невозможно проградуировать в значениях индуктивности. Мост Хея обычно используют только для измерения катушек с добротностью Q меньше 10. если пренебречь в (11) членом Q²x, то значение индуктивности не зависет от частоты, и погрешность составит менее1%.

Мост Оуэна.

Rx=(R1C1/C2)-r (13)

Lx=R1R2C1 (14)

(13) и (14) условие равновесия моста. Если R2 и С2 регулируемые элементы схемы, то можно обеспечить независимое равновесие для Rx и Lx. Хотя это возможно для регулировки R1 и R2. r подключать необязательно, нужно для расширения диапазона возможного баланса сопротивлений. Данный мост полезен для определения дифференциальной индуктивности.

Мост Кемпбелла.

Mx=M1R3/R2 (15)

Rx=R1R3/R2 (16)

Lx=L1R3/R2 (17)

Используют для измерений взаимной индуктивности со сравнением с образцовой. (15) и (17) — условие равновесия. Положение 2: калибровка регулированием L1 и R1. Положение 1: измерение. М1 регулируют до установления с Мх.

Измерение индуктивности, добротности, емкости, тангенс дельта мостами переменного тока

Мостовые схемы измерения индуктивности и добротности с образцовыми элементами: а) — с катушками, б) с конденсатором. В них используется источник гармонического тока с напряжением U и угловой частотой ω. Эти мосты обеспечивают наилучшее уравновешивание. Эквивалентная схема замещения для катушек индуктивности с потерями могут быть последовательными или параллельными в зависимости от потерь отраженных активным сопротивлением. Условие равновесия моста для схемы а): R1(Rx+jωLx)=R2(Ro+jωLo) (1).

Где Lх и Rх измеряемое индуктивность и сопротивление омических потерь в катушке, Lo и R0 — образцовая индуктивности и сопротивление. Приравняв, действительные и мнимые части в выражении (1) находим: Rx=RoR2/R1, Lx=LoR2/R1 (2).

Поскольку изготовление высокодобротных образцов катушек вызывает определенные трудности, часто в качестве образцовой меры в мостах переменного тока применяют конденсатор (рис б). Для этой схемы справедливо: Rx+jωLx=R2R3(1/Ro+jωCo) (3).

Если в данном уравнении приравнять действительную и мнимую части, то получим следующее выражение: Rx=R2R3/Ro Lx=CoR2R3 (4).

Добротность катушки определяется: Q=ωLx/Rx=RoωCo (5)

Мосты для измерения емкостей.

Для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов с достаточно малыми потерями применяют мостовые схемы с последовательным соединением Сх и Rх, а для конденсаторов с большими потерями — схемы с параллельным соединением Сх и Rх. Для измерения емкости используются три вида моста: мост для измерения методом сравнения с мерой, мост Шеринга и мост Вина. Рассмотрим мост для измерения емкости методом сравнения с мерой.

Принципиальные схемы мостов для измерения емкости методом сравнения с мерой: а) — последовательное включение, б) – параллельное, где С1 образцовая емкость с внутренним сопротивлением R1

Условие равновесия моста имеет вид:

Rx=R1R3/R2 (6)

Cx=C1R2/R3 (7)

tgδ=ωC1R1 (8)

Сопротивление R1 и R2 регулируется до уравновешивания моста, и поскольку они связаны, нужно выполнить несколько попыток. Емкость С1 — обычно образцовый конденсатор высок точности, который не регулируется. Для измерения емкости с высоким тангенсом угла диэлектрических потерь предпочтительно использовать схему с параллельным включением, т.к. при последовательном включении R1 должно быть большим. Равновесие моста определяется выражениями 6,7 и 8, а тангенс угла диэлектрических потерь: tgδ=1/ωC1R1.

Метод сравнения с мерой не очень точен для измерения емкостей с малым tgδ, в этих случаях лучше использовать мост Шеринга.

Мост Шеринга.

Этот мост широко используется для измерения емкости, для точного определения tgδ. Он также используется в мостах высокого напряжения методом сравнения с образцовыми емкостями высокого напряжения и применением экранирования.

Условие равновесия:

Rx=C2R3/C1 (10)

Cx=C1R2/R3 (11)

tgδ=ωC2R2 (12)

С1 – образцовая емкость с малыми потерями tgδ, С2 и R2 регулируются до достижения равновесия. Уравновешивание схем обеспечивается поочередным регулированием образцовых сопротивлений или емкостей. Эту процедуру называют шагами, а количество шагов определяется сходимостью моста. Мост с хорошей сходимостью имеет не больше 5 шагов. Мост переменного тока используется на низких частотах 500-5000 Гц, поскольку при работе на повышенных частотах погрешности резко возрастают. Погрешность измерения моста переменного тока определяет погрешность элементов образующих мост, переходных сопротивлений контактов и чувствительность схемы. Мосты переменного тока больше, чем мосты постоянного, подвержены влиянию помех, и паразитных связей между плечами, плечами и землей и т.д. Поэтому даже при тщательном экранировании моста и принятии других мер защиты погрешности у мостов переменного тока больше, чем у моста постоянного тока.

Измерение частоты.

С помощью моста Вина можно измерить неизвестную емкость Сх, но чаще он применяется для измерения неизвестной частоты. При этом вместо Сх включается образцовая емкость.

Условие равновесия: Cx/C1=R2/R3-R1/Rx (13), C1Cx=1/ω²R1Rx (14).

Решая, уравнения 13 и14 можем, найти частоту: f=1/2П(C1CxR1Rx)^1/2 (15).

Применяемых на практике мостах емкости С1 и Сх фиксированы, а R1 и Rх — известные переменные сопротивления, которые регулируются общей ручкой, так что R1=Rх. Значение R2 принимают равным 2R3, так что выражение 15 принимает вид: f=1/2ПC1R1 (16).

Следовательно, мост уравновешивается изменением одного лишь сопротивления R1, калибровка осуществляется непосредственно в значениях частоты. Поскольку мост Вина чувствителен к изменениям частоты — его трудно уравновесить, если входной сигнал содержит гармоники, поэтому такой сигнал необходимо, сначала отфильтровать.

Разница между мостом переменного и постоянного тока (со сравнительной таблицей)

Одно из существенных различий между мостом переменного и постоянного тока состоит в том, что мост переменного тока используется для измерения неизвестного импеданса цепи, тогда как мост постоянного тока используется для измерения неизвестного сопротивления цепи. Другие различия между мостом переменного и постоянного тока показаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: мост переменного тока и постоянного тока

1. 1. Таблица сравнения
   2. Определение
   3. Ключевые отличия
   4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Мост переменного тока	Мост постоянного тока
Определение	Мост, который используется для измерения значения неизвестного импеданса, известен как мост переменного тока.	Мост постоянного тока измеряет неизвестное сопротивление цепи.
Электропитание	Используется переменный ток	Используется постоянный ток
Детектор тока	Детектор переменного тока	Детектор постоянного тока
Компоненты	Резистивные и реактивные	Резистивные
Заземлитель Вагнера	Требуется	Не требуется
Типы	Два	Семь
Время балансировки	относительно меньше	Высокое

Определение моста переменного тока

Мост переменного тока состоит из источника, сбалансированного детектора и четырех плеч.Плечи моста состоят из импеданса. Мост переменного тока создается путем замены батареи источником переменного тока. Мосты образуются путем замены батареи постоянного тока на источник переменного тока и гальванометра на мост Уитстона. Мост используется для определения индуктивности, емкости, коэффициента накопления, коэффициента рассеяния и т. Д.

Определение моста постоянного тока

Мост постоянного тока используется для измерения неизвестного электрического сопротивления. Это можно сделать, уравновешивая две ветви мостовой схемы.Стоимость одной руки известна, а другой неизвестна.

Ключевые различия между мостом постоянного и переменного тока

1. Мост, который используется для измерения неизвестного импеданса цепи, известен как мост Уитстона. Мост постоянного тока используется для измерения неизвестного сопротивления цепи.
2. Мост переменного тока использует источник переменного тока. Мост постоянного тока использует источник постоянного тока для измерения сопротивления.
3. В мосте переменного тока ток определяется с помощью детектора переменного тока.В мосте постоянного тока ток определяется с помощью детектора постоянного тока.
4. В мостовой схеме переменного тока используются резистивные и реактивные компоненты, в то время как в цепи постоянного тока используются только резистивные компоненты.
5. В мостовой схеме переменного тока используется заземляющее устройство Вагнера для снятия емкости заземления из цепи. Это также уменьшает гармоники и ошибку, возникающую из-за рассеянного магнитного поля. В мостовой цепи постоянного тока заземляющее устройство Вагнера не используется.
6. Мостам переменного тока требуется меньше времени, чтобы прийти в сбалансированное состояние, тогда как мосту постоянного тока требуется сравнительно больше времени, чтобы прийти в сбалансированное состояние.
7. Мост Уитстона и мост Кельвина являются типами моста постоянного тока. Мосты переменного тока подразделяются на семь типов. Это мост сравнения емкости, мост сравнения индуктивности, мост Максвелла, мост Хэя, мост Андерсона, мост Шеринга, мост Вейна.

Заключение

Оба моста переменного и постоянного тока используются для измерения неизвестных параметров цепи. Мост переменного тока измеряет неизвестный импеданс цепи. Мост постоянного тока измеряет неизвестное сопротивление цепи.

.

Теория схемы мостового выпрямителя с рабочим режимом

Мостовой выпрямитель

Схема мостового выпрямителя является общей частью электронных источников питания. Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока. Мы можем найти этот выпрямитель в большом количестве электронных устройств питания переменного тока, таких как бытовая техника, контроллеры двигателей, процессы модуляции, сварочные аппараты и т. Д.

Что такое мостовой выпрямитель?

A Мостовой выпрямитель — это преобразователь переменного тока в постоянный (DC), который выпрямляет входной переменный ток сети в выход постоянного тока.Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронных компонентов или устройств. Они могут быть сконструированы с четырьмя или более диодами или любыми другими управляемыми твердотельными переключателями.
В зависимости от требований к току нагрузки выбирается подходящий мостовой выпрямитель. Номинальные характеристики и характеристики компонентов, напряжение пробоя, диапазоны температур, номинальный переходный ток, номинальный прямой ток, требования к установке и другие соображения принимаются во внимание при выборе источника питания выпрямителя для соответствующей области применения электронной схемы.

Типы мостовых выпрямителей

Выпрямители Bride подразделяются на несколько типов в зависимости от следующих факторов: тип источника питания, возможности управления, конфигурация схемы подключения и т. Д. Мостовые выпрямители в основном подразделяются на однофазные и трехфазные. Оба эти типа далее подразделяются на неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые из этих типов выпрямителей описаны ниже.

1. Однофазные и трехфазные выпрямители

Однофазные и трехфазные выпрямители

Характер питания, т.е.е. однофазное или трехфазное питание решает эти выпрямители. Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов для преобразования переменного тока в постоянный, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, как показано на рисунке. Это могут быть неуправляемые или управляемые выпрямители, в зависимости от компонентов схемы, таких как диоды, тиристоры и так далее.

2. Неуправляемые мостовые выпрямители

Неуправляемые мостовые выпрямители

В этом мостовом выпрямителе используются диоды для выпрямления входа, как показано на рисунке.Поскольку диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Такая конфигурация диодов в выпрямителе не позволяет изменять мощность в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя используется в постоянных или фиксированных источниках питания.

3. Управляемый мостовой выпрямитель

Управляемый мостовой выпрямитель

В этом типе выпрямителя, преобразователя переменного / постоянного тока или выпрямителя — вместо неуправляемых диодов используются управляемые твердотельные устройства, такие как SCR, MOSFET, IGBT и т. Д.используются для изменения выходной мощности при разных напряжениях. Посредством срабатывания этих устройств в различные моменты времени выходная мощность на нагрузке изменяется соответствующим образом.

Схема мостового выпрямителя

Основным преимуществом мостового выпрямителя является то, что он дает почти вдвое большее выходное напряжение, чем в случае двухполупериодного выпрямителя с трансформатором с центральным отводом. Но этой схеме не нужен трансформатор с центральным ответвлением, поэтому она напоминает недорогой выпрямитель.

Схема мостового выпрямителя состоит из различных каскадов устройств, таких как трансформатор, диодный мост, фильтрация и регуляторы.Обычно все эти комбинации блоков называют регулируемым источником постоянного тока, питающим различные электронные устройства.

Первый каскад схемы — это трансформатор понижающего типа, который изменяет амплитуду входного напряжения. В большинстве электронных проектов используется трансформатор 230/12 В для понижения напряжения сети переменного тока с 230 В до 12 В переменного тока.

Схема мостового выпрямителя

Следующим этапом является диодно-мостовой выпрямитель, в котором используются четыре или более диодов в зависимости от типа мостового выпрямителя.При выборе конкретного диода или любого другого переключающего устройства для соответствующего выпрямителя необходимо учитывать такое устройство, как пиковое обратное напряжение (PIV), прямой ток If, номинальное напряжение и т. Д. Оно отвечает за создание однонаправленного или постоянного тока на нагрузке путем проведения набор диодов для каждого полупериода входного сигнала.

Так как выход после выпрямителя с диодным мостом имеет пульсирующий характер, и для его создания как чистого постоянного тока необходима фильтрация. Фильтрация обычно выполняется с одним или несколькими конденсаторами, подключенными к нагрузке, как вы можете видеть на рисунке ниже, где выполняется сглаживание волны.Этот номинал конденсатора также зависит от выходного напряжения.

Последней ступенью этого стабилизированного источника постоянного тока является регулятор напряжения, который поддерживает выходное напряжение на постоянном уровне. Предположим, что микроконтроллер работает от 5 В постоянного тока, но выход после мостового выпрямителя составляет около 16 В, поэтому для снижения этого напряжения и поддержания постоянного уровня — независимо от изменений напряжения на входе — необходим регулятор напряжения.

Работа мостового выпрямителя

Как мы обсуждали выше, однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, и эта конфигурация подключается поперек нагрузки.Чтобы понять принцип работы мостового выпрямителя, мы должны рассмотреть приведенную ниже схему в демонстрационных целях.

Во время положительного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D1 и D2 смещены в прямом направлении, а D3 и D4 — в обратном направлении. Когда напряжение, превышающее пороговый уровень диодов D1 и D2, начинает проводиться — через него начинает течь ток нагрузки, как показано на схеме красными линиями.

Работа мостового выпрямителя

Во время отрицательного полупериода входного сигнала переменного тока диоды D3 и D4 смещены в прямом направлении, а D1 и D2 — в обратном направлении.Ток нагрузки начинает течь через диоды D3 и D4, когда эти диоды начинают проводить ток, как показано на рисунке.

Мы можем заметить, что в обоих случаях направление тока нагрузки одинаковое, то есть вверх-вниз, как показано на рисунке, — так однонаправлено, что означает постоянный ток. Таким образом, с помощью мостового выпрямителя входной переменный ток преобразуется в постоянный. Выходной сигнал на нагрузке с этим мостовым выпрямителем имеет пульсирующий характер, но для получения чистого постоянного тока требуется дополнительный фильтр, такой как конденсатор.Эта же операция применима для разных мостовых выпрямителей, но в случае управляемых выпрямителей срабатывание тиристоров необходимо для подачи тока на нагрузку.

Это все о теории мостовых выпрямителей, их типах, схемах и принципах работы. Мы надеемся, что этот полезный материал по этой теме будет полезен при создании студентами электронных или электрических проектов, а также при наблюдении за различными электронными устройствами или приборами. Благодарим вас за внимание и внимание к этой статье.Поэтому, пожалуйста, напишите нам для выбора требуемых характеристик компонентов в этом мостовом выпрямителе для вашего приложения и для получения любых других технических рекомендаций.

Фото:

.

Схема простого мостового выпрямителя

Процесс преобразования переменного тока в постоянный — это выпрямление . Любой автономный блок питания имеет схему выпрямления, которая преобразует либо настенный источник переменного тока в постоянный ток высокого напряжения, либо пониженный источник питания переменного тока в постоянный ток низкого напряжения. Дальнейшим процессом будет фильтрация, преобразование постоянного тока и т. Д. Итак, в этой статье мы собираемся обсудить схему Simple Bridge Rectifier Circuit , которая является наиболее популярным методом полноволнового выпрямления.

Необходимые компоненты

• Трансформатор 230VAC / 6VAS — 1шт.
• 1Н4007А — 1шт.
• Резистор 1 кОм — 1 шт.
• Мультиметр
• Соединительные провода

Что такое выпрямитель?

Проще говоря, выпрямитель — это схема, которая преобразует сигнал переменного тока (переменный ток) в сигнал постоянного тока (постоянный ток). Можно также сказать, что выпрямитель преобразует двунаправленный ток в однонаправленный ток.

Диоды используются для построения схемы выпрямителя из-за их свойства однонаправленной проводимости. Полупроводниковый диод проводит только при прямом смещении (он ведет себя как замыкающий переключатель) и не проводит при обратном смещении (ведет себя как открытый переключатель). Эта характеристика диода очень важна и используется в конструкции выпрямителей.

Типы выпрямителей

Обычно выпрямители делятся на две категории

• Полуволновой выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель преобразует полный сигнал переменного тока в постоянный.

Полноволновое выпрямление может быть выполнено двумя способами:

• Двухполупериодный выпрямитель с центральным ответвлением на двух диодах
• Мостовой выпрямитель на четырех диодах

Bridger Rectifier — наиболее часто используемый выпрямитель в электронике, и здесь мы будем изучать только его. Если вы хотите узнать о полуволновом выпрямителе и двухполупериодном выпрямителе с центральным ответвлением, перейдите по ссылкам.

Схема мостового выпрямителя и его работа

Двухполупериодный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов таким образом, что их плечи образуют мост, отсюда и название мостовой выпрямитель.В мостовом выпрямителе напряжение может подаваться на диодный мост через трансформатор или напрямую через сигнал переменного тока без трансформатора.

Здесь мы используем трансформатор с центральным ответвлением 6-0-6 для подачи переменного напряжения на схему мостового выпрямителя

В течение положительного полупериода диодов D3-D2 смещаются в прямом направлении и действуют как замкнутый переключатель. Диоды D1-D4 имеют обратное смещение и не проводят, поэтому действуют как разомкнутый переключатель.Таким образом, мы получаем на выходе положительный полупериод.

В течение отрицательного полупериода диодов D1-D4 смещаются в прямом направлении и действуют как замкнутый переключатель. Диоды D3-D2 имеют обратное смещение и не проводят, поэтому действуют как разомкнутый переключатель. Таким образом, мы получаем на выходе положительный полупериод.

Ниже показана форма волны на входе и выходе для схемы мостового выпрямителя. Мы видим, что отрицательная часть переменного напряжения преобразуется в положительный цикл после прохождения схемы мостового выпрямителя.

Фильтрация

Выходной сигнал после выпрямления не является правильным постоянным током, поэтому мы можем сгладить форму волны, используя конденсатор для целей фильтрации. Конденсатор заряжается до тех пор, пока форма волны не достигнет своего пика, и разряжается в цепи нагрузки, когда форма волны становится низкой. Таким образом, когда выходная мощность становится низкой, конденсатор поддерживает надлежащее напряжение в цепи нагрузки, тем самым создавая постоянный ток. Это снижает коэффициент пульсации и обеспечивает надлежащий постоянный ток.Регулируемое напряжение может быть дополнительно добавлено для регулируемого источника постоянного тока.

Мы можем дополнительно смоделировать схему в программном обеспечении и увидеть результат:

Узнайте больше о полуволновых и полноволновых выпрямителях здесь.

.

Сетевой мост | dCS

О

Сетевой мост dCS действует как элегантно простой, но чрезвычайно мощный интерфейс между вашей цифровой музыкой и вашим ЦАП.

Аппаратная платформа в Network Bridge позволяет передавать потоковую передачу музыкальных файлов с высоким разрешением из сетевых хранилищ, подключенных USB-накопителей, онлайн-сервисов потоковой передачи, а также с устройств Apple через Apple Airplay, выводя звук с идеальным битом прямо на ваш ЦАП.

Собственное приложение Network Bridge обеспечивает полный контроль над возможностями потоковой передачи, а также настройками ввода, вывода и синхронизации.Приложение Network Bridge основано на той же сетевой потоковой передаче и технологии приложений, что и в нашей флагманской серии Vivaldi, и предоставляет интуитивно понятный интерфейс, позволяющий быстро и легко организовать и управлять всей вашей цифровой музыкальной библиотекой.

Созданная для простоты, единая мощная платформа FPGA является сердцем устройства, а сетевой мост готов к работе с Roon ™, а также поддерживает потоковые сервисы, такие как TIDAL ™ и Spotify ™.

Обладая чистой работой с идеальным битом, сетевой мост в настоящее время воспроизводит файлы, выбранные со скоростью до 24 бит, 384kS / s, поддерживая все основные кодеки без потерь, а также DSD / 64 или DSD / 128 в собственном или DoP форматах.

Совместимость с устаревшими ЦАП dCS обеспечивается функцией целочисленной понижающей дискретизации. Эта функция понижающей дискретизации преобразует данные высокого разрешения (например, DXD или DSD) в 24-битный PCM со скоростью 176,4 / 192kS / s или 88,2 / 96kS / s, что переводит данные в диапазон, поддерживаемый вашим DAC.

Сетевой мост

также поддерживает простую, но очень эффективную архитектуру «автосинхронизации» dCS, используемую в Vivaldi и Rossini, которая минимизирует джиттер и значительно улучшает качество звука.

Прошивку сетевого моста можно легко обновить из Интернета с помощью раздела управления приложения.Это позволяет dCS добавлять новые функции или улучшать характеристики продукта в течение всего срока его службы.

Элегантное шасси Network Bridge, спроектированное и изготовленное в Великобритании в соответствии с высочайшими стандартами, использует обработанный алюминий аэрокосмического качества для снижения унизительной для звука механической вибрации и магнитных эффектов. Многоступенчатое регулирование мощности используется для изоляции чувствительной схемы часов от шума цифровой обработки.

Поддержка

Это раздел поддержки сетевого моста.Если вы не можете найти то, что вам нужно, попробуйте раздел «Поддержка» или «Свяжитесь с нами».

Награды

К настоящему времени нет отзывов об этом продукте

.