Мосты переменного тока

Измерение сопротивления, индуктивности и емкости выпол- няется одинарными мостами на переменном токе (рис. 2.25).

^Z1 b ^Z2

НИ

Z₃ Z₄

a ^c

d

~U

Рис. 2.25. Схема одинарного моста переменного тока

Четыре плеча ab, bс, cd и da моста переменного тока образу- ются четырьмя комплексными сопротивлениями Z₁= Z_х, Z₂, Z₃ и

Z₄. В одну диагональ моста включается источник питания пере- менного тока, в другую –нуль-индикатор НИ.

При равновесии моста ток в измерительной диагонали равен нулю и, следовательно, можно записать:

Z₁Z₄ Z₂Z₃ , (2.45)

Представив комплексное сопротивление Z в выражение (2.45) в алгебраической форме, получим:

(R₁ jX₁ )(R₄ jX ₄ ) (R₂ jX ₂ )(R₃ jX₃ ) ^,

откуда:

R₁R₄ X₁ X ₄ R₂ R₃ X ₂ X₃ ;

R₁ X ₄ X₁R₄ X ₂ R₃ X ₂ R₃ ,

(2.46)

где R_i и X_ii – активные и реактивные составляющие сопротивле- нияZ.

Записав выражение (2.45) в показательной форме,получим:

1 4 2 3

Z Z e ^{j (1 3 )} Z Z e ^{j (2 3 ) , (2.47)}

где Z_i – модуль i-го сопротивления; φ_i – фазовый угол i-го сопро- тивления, φ_i = arctgX_i /R_i.

Равенство (2.47) равносильно двум равенствам:

Z₁Z₄ Z₂ Z₃ ;

₁ ₄ ₂ .

(2.48)

Из выражения (2.48) следует, что для уравновешивания моста с комплексными сопротивлениями необходима регулировка ак- тивной и реактивной составляющих.

Равенство фаз выражения (2.48) указывает, какими по харак- теру должны быть сопротивления плеч моста, чтобы обеспечить равновесие мостовой схемы.

Например, если сопротивления плеч Z₁ = R₁, Z₄ = R₄, т.е. носят чисто активный характер, то φ₁= φ₄ = 0.

Тогда из выражения (2.48) следует

φ₂+φ₃ = 0, или φ₂ = – φ₃ ,

а это означает, что если сопротивление Z₂ индуктивного характе- ра, т.е. Z₂=R₂+ jX₂, то сопротивление Z₃ должно носить емкост- ный характер, т. е. Z₃=R₃ – jX₃ (рис. 2.26, а). Аналогично получаем схемысравнения между собой реактивных сопротивлений, со- держащих индуктивности (рис. 2.26, б) и емкости (рис. 2.26, в).

Правильный выбор регулируемых элементов моста и питание моста напряжением повышенной частоты (1000 Гц и более) обес- печивают быстрое равновесие моста или ею хорошую сходи- мость.

Сходимость мостов – это возможность достижения состояния равновесия определенным числом переходов от регулировки од- ного параметра к регулировке другого.

Хорошая сходимость означает малое число операций и, сле- довательно, сокращение времени измерения.

Все мосты переменного тока можно подразделить на две группы:

• частотно-независимые, уравновешенные при одной частоте, сохраняющие равновесие при изменении частоты источника пи- тания;

• частотно-зависимые, характеризуемые тем, что в условии равновесия помимо С, L, R имеется частота, входящая в выраже- ние реактивных составляющих сопротивления.

Погрешность мостов переменного тока складывается из сле- дующих составляющих: погрешности выполнения отдельных элементов мостовой схемы; погрешности подгонки элементов; погрешности от неполного учета активной и реактивной состав- ляющих сопротивлений плеч моста; погрешности отсчетного устройства.

Чем выше частота питания схемы моста, тем в большей степе- ни проявляются эти погрешности. Для их уменьшения мост пе- ременного тока питают от сети переменного тока через раздели-

тельный трансформатор, заземляют для уменьшения влияния па- разитных емкостей и токов утечек, уменьшают влияние сопро- тивления соединительных проводов.

Существуют четыре класса точности мостов переменного то- ка: 0,05; 0,02; 0,1; 0,2. Нуль-индикатором на низкой частоте в них служит вибрационный гальванометр. При частоте 1000 Гц и вы- ше питание осуществляется от звуковых генераторов, в качестве индикатора равновесия используются электронные нулевые ин- дикаторы.

Универсальные мосты обеспечивают измерение значений ве- личин в широких пределах.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение средства измерений.

2. Что такое мера? Перечислите виды мер.

3. Что такое измерительный преобразователь?

4. Дайте определение измерительному прибору.

5. Какие существуют метрологические характеристики?

6. Классификация измерительных электромеханических приборов.

7. Нарисуйте и поясните структурную схему электромеханического измерительного прибора.

8. Опишите принцип работы электростатического измерительного прибора.

9. Охарактеризуйте электродинамические измерительные приборы.

10. Каков принцип работы ферродинамического прибора?

11. Как действуют измерительные трансформаторы тока и напря- жения?

12. Охарактеризуйте магнитоэлектрические приборы.

13. Каков принцип работы индукционного измерительного прибора?

14. Что представляют собой мосты постоянного и переменного тока?