мост Уитстона

Методическое пособие для студентов к лабораторно-практической работе по теме:

Измерение сопротивлений биологической модели методом моста Уитстона

Тема: Измерение сопротивлений различных моделей биологических тканей мостом Уитстона. Изучение работы различных мостов (линейного, магазинного), применяемых в медицине.

Цель работы:

1. Изучение студентами теоретических основ мостовых схем;

2. Ознакомление студентов с применением мостовых схем в медико-биологических исследованиях;

3. Ознакомление студентов с приборами, применяемыми в санитарно-гигиенической и лечебной практике, в которых используются мостовые схемы;

4. Изучение студентами назначения и принципа действия приборов: вы­прямителя, гальванометра, магазина сопротивлений, технического моста, омметра;

5v Овладение студентами навыками измерения сопротивления проводни­ков с помощью линейного моста Уитстона, технического моста и омметра. Знания и навыки, приобретенные на занятии необходимы при изу­чении теоретических и клинических дисциплин, в частности, физиологии, для обоснования диагностических и лечебных методов, а так же при про­ведении медико-биологических исследований.

Приборы и измерительные устройства:

1. Выпрямитель ВС-24.

2. Гальванометр М-273/1.

3. Катушки измеряемых сопротивлений.

4. Реохорд.

5. Штепсельный магазин сопротивлений.

6. Технический мост постоянного тока МО-62.

7. Омметр.

8. Контактный ключ.

9. Соединительные провода.

Содержание занятии.

Измерение сопротивлений составляет одну из важнейших задач электрометрии, располагающей в этой области рядом точных и очень на­дежных методов измерений.

Рассмотрим метод моста Уитстона.

Метод моста Уитстоиа.

Метод моста Уитстона - один из наиболее точных методов измере­ний сопротивлений. Измеряемое сопротивление Rx и три других R, R_b R2 соединяют так, чтобы образовался замкнутый четырехугольник. Такую систему называют мостом Уитстона, a Rx. R, R_b R₂ - плечи моста. Разли­чают сбалансированный и несбалансированный мост. При произвольном соотношении плеч моста — мост несбалансирован (ток через гальванометр идет). Существует одно определенное соотношение между плечами моста, при котором мост сбалансирован: 1_г=0. Выведем соотношение между пле­чами сбалансированного моста.

Рисунок 1

На основании закона Ома для участка цепи:

Мост сбалансирован: I₁=0. Тогда φ_B =φ_D.Сравнивая (1) и (3), (2) и (4) уравнения, получим:

Разделив почленно (5) на (6) уравнения, получим соотношение меж­ду плечами сбалансированного моста:

где R₁ и R₂ называют плечами отношения, a R - плечо сравнения.

Линейный мост Уитстона.

Поскольку для определения R _х при помощи моста Уитстона важно знать не сами величины плеч отношения R_L и R₂, а отношение Ri/R₂, по­этому Ri и R₂ можно осуществить в виде калиброванной проволоки (с по­стоянным по всей длине сечением S=const), изготовленной из однородного материала: P=const. Проволока, натянутая вдоль шкалы — реохорд:

Итак, имеем: - рабочая формула метода линейного моста Уитстона.

Расчет погрешностей:

-относительную погрешность

магазина сопротивлений

определяем по его классу точности, который равен 0,2,

Технический мост Уитстона

Вернёмся к теории сбалансированного моста Уитстона:

В случае линейного моста Уитстона плечо сравнения R=const, т.е для сбалансирования моста подбирают R₁/R₂, передвигая подвижной контакт реохорда. В случае технического моста Уитстона пользуются иной методикой, позволяющей достичь большей точности измерения .

Отношение R₁/R₂=const=N ( плечо отношения), а сбалансирование моста осуществляется подбором на магазине сопротивлений плеча сравнения R. Тогда имеем: R_X=NR - рабочая формула метода технического моста Уитстона.

Методические указания к работе и порядок выполнения работы. 1. Собрать схему линейного моста Уитстона:

В качестве измеряемого сопротивления R_x взять одну из катушек, в качестве постоянного сопротивления R - штепсельный магазин сопротив­лений. При сборке схемы сначала последовательно соединить все входя­щие в нее сопротивления: R_x, R и реохорд АС, а затем присоединить галь­ванометр G. источник постоянного тока, в качестве которого взять выпря­митель ВС-24 и контактный ключ К.

— - рабочая формула метода линейного моста Уитстона.

2. Величину R рекомендуется измерить омметром, а затем на штепсель­ном магазине сопротивлений установить величину сопротивления R , близкую к измеряемому сопротивлению R_x.

3. Перемещая контактный движок реохорда Д, найти такое его положе­ние, при котором замыкание тока контактным ключом К не вызывает отклонение стрелки гальванометра. Установку гальванометра на нуль (сбалансирование моста) выполнить три раза и из полученных значе­ний I₁ и 1₂ найти их среднее значение.

4. Аналогичные измерения выполнить со второй катушкой, затем с пер­вой и второй катушкой, соединенными последовательно, и, наконец, с первой и второй катушкой, соединенными параллельно. Последние два результата измерений необходимо сопоставить с величинами сопро­тивлений, {засчитанными по формулам для последовательного и парал­лельного соединения сопротивлений, пользуясь значениями сопротив­лений, найденными при их раздельном измерении.

5. Пользуясь техническим мостом, измерить сопротивление катушек: ка­ждой отдельно, соединенных последовательно и соединенных парал­лельно.

•6. Вычислить относительную и абсолютную погрешность для величины искомого сопротивления Rx, определяемого при помощи линейного моста Уитстона.