2. Мостовые измерительные схемы

Традиционно мостовую схему изображают так, как показано на рис. 1.1. Четыре резистора соединены последовательно в замкнутую цепь. Сопротивления их R1, R2, R3 и R4 составляют четыре плеча мостовой схемы. В одну диагональ AB подключается сторонний источник питания Uп, ее иногда называют питающей диагональю. В другую диагональ CD включаются нагрузка Rн. Это либо измерительный прибор, либо входную цепь последующего элемента автоматики, например, регулятора. Эта диагональ называется измерительной.

Рис. 1.1. Мостовая измерительная схема

Каждое плечо мостовой схемы может состоять из нескольких резисторов, тогда обозначенные сопротивления выступают в качестве эквивалентных.

В системах автоматики в одно из плеч включается выходная цепь датчика сопротивления. Поэтому при изменении регулируемого технологического параметра изменяется сопротивление этого плеча и, соответственно, значение тока в измерительной диагонали, которое может служить мерой упомянутого технологического параметра.

Представленная мостовая схема легко рассчитывается, и интересующее нас значение тока в измерительной цепи определяется выражением

. (1.1)

Соответственно напряжение в измерительной диагонали определится просто: . Из соотношения (1.1) видно, что зависимость тока от сопротивления любого плеча носит нелинейный характер, вид которого представлен на рис. 1.2

Р ис. 1.2. Зависимость тока измерительной диагонали от сопротивления плеча

Для измерения сопротивления плеча мостовой схемы используются два основных метода.

1. Метод непосредственного (прямого) измерения или метод неравновесного моста. Для определения сопротивления плеча измеряется величина тока в измерительной диагонали и по заранее построенной характеристике (зависимости тока от сопротивления плеча) выбирают отсчет величины сопротивления. Это самый простой и быстрый метод измерения сопротивления, но не всегда удается достичь требуемой точности, которая зависит и от точности измерения тока, и от стабильности напряжения питающего источника напряжения.

2. Нулевой метод или метод равновесного (балансного или уравновешенного) моста. Для определения сопротивления изменяют сопротивление одного из оставшихся трех плеч до тех пор, пока ток в измерительной диагонали не станет равным нулю. В этом состоянии мост считается сбалансированным. Из соотношения (1.1) условие баланса моста находится просто: . (1.2)

Если сопротивления трех плеч известно, то сопротивление четвертого плеча определится тривиально. Это самый точный метод измерения сопротивления, которое определяется точностью представления сопротивлений упомянутых трех плеч и чувствительностью измерительного прибора. Сопротивления плеча и, соответственно, сопротивление датчика можно измерить с погрешностью даже менее 0,01 Ома.

Для измерения индуктивности, емкости и других параметров комплексных сопротивлений тоже можно использовать те же методы измерения, только в этом случае для питания используется источник переменного тока. Но большей частью все же используется нулевой метод. Условие баланса аналогичное:

, (1.3)

где − комплексные сопротивления плеч мостовой схемы. Однако, чтобы можно было бы такой мост сбалансировать, необходимо, чтобы каждая пара смежных плеч имели бы одинаковый тип комплексного сопротивления (активное, индуктивное или емкостное).