Что такое измерительный мост и как он работает. Измерительный мост (мост Уитстона, мостик Витстона)

Измерительные мосты - устройства, предназначенные для измерения параметров электрической цепи (сопротивления, емкости, индуктивности и т.д.) методом сравнения. В них измеряемая величина сравнивается с эталоном. Это может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или переменном токе. В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенные в замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный мост постоянного тока, рис. 7

Резисторы R Х, R Э1 , R Э2 и R Э3 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч - вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины называют диагоналями. Одна из диагоналей (А-C) содержит источник питания ε, а другая (В - D) - нуль-гальванометр G. В плече моста переменного тока, рис. 8, могут быть включены не только резисторы, но также конденсаторы и катушки индуктивности. В этом случае сопротивление плеч моста Z является функцией R, L и С.

РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА.

В научных исследованиях и производственной деятельности часто возникает необходимость автоматической регистрации измеряемых величин. Для записи разработаны регистрирующие приборы, которые служат для записи изменений измеряемой величины как функции времен. Находят также применение двух координатные самопишущие приборы, позволяющие регистрировать функциональную зависимость между двумя величинами, например, температура-время, ток-напряжение.

Регулирующие устройства

При электрических измерениях часто возникает необходимость изменить силу тока или перераспределить напряжение между участками цепи. Для этого используют регулирующие устройства: реостаты, автотрансформаторы, магазины и мосты сопротивлений.

1. Реостаты . Для плавного изменения сопротивления в цепи применяются реостаты. Наиболее распространенной конструкцией реостата является движковый (ползунковый) реостат.

В случае ”а” (рис. 9) реостатом плавно изменяют сопротивление цепи от R H (R=0, реостат выведен – скользящий контакт поставлен в положение С) до R+R H (реостат полностью введен – положение В). В результате, по закону Ома, ток меняется от
до
.

В этом случае (рис. 7а) реостат является регулятором тока. В случае "б" передвижением ползунка из положения С в положение В меняется напряжение на участке CD от 0 до величины питающего цепь напряжения источника, то есть, реостат служит потенциометром. Как видно из схем, назначение потенциометра состоит в том, чтобы выделить для заданного участка цепи (например, сопротивления нагрузки R H) некоторую часть общего напряжения источника ЭДС, меняя ее в известных пределах.

2. Магазин сопротивлений. Магазином сопротивлений (рис. 8)называется набор сопротивлений, смонтированных в одном корпусе так, чтобы можно было по желанию изменять в определенных пределах ступенями значение сопротивления, включенного в измерительную цепь.

В декадных (курбельных) магазинах сопротивления сгруппированы десятками. В каждой такой декаде установлены катушки одинакового сопротивления по 0,1; 1, 10 Ом и т.д. Катушки в каждой декаде и декады между собой соединены последовательно. Катушки расположены полукругом и прикреплены к верхней панели корпуса. В центре полукруга смонтирована ручка с пружиной, скользящей по контактам, к которым припаяны концы катушек, рис.10. Например, так устроен магазин сопротивлений РЗЗ, состоящий из отдельных, точно подогнанных проволочных сопротивлений, позволивших устанавливать любое значение сопротивлений от 0,1 до 99999,9 Ом с интервалами в 0,1 Ом. Отсчет по прибору равен сумме произведений цифр, стоящих против указателя декады, на соответствующий множитель. Например,

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

1.По принципу действия.

2. По роду измеряемого тока

По классу точности.

4. По роду измеряемой величины.

5. По степени защищенности от внешних магнитных полей и электрических полей.

По степени защищенности от внешних магнитных полей постоянного и переменного тока (с частотой до 1 кГц тона при напряженности 400 В/м электроизмерительные приборы разделяют на категории 1 и 2. Для приборов первая категории допустимые измерения показаний составляют примерно ± 0,5%, а для приборов второй категории ± 1% и более. На приборах первой категории наносятся обозначения: при защите от внешних магнитных полей.

6. По устойчивости к климатическим условиям.

По устойчивости к климатическим воздействиям электроизмерительные приборы разделяются на группы:

А - приборы, предназначенные для работы в сухих отапливаемых помещениях при температуре +10 - +35°С и относительной влажности воздуха до 80%.

Б - приборы, предназначенные для работы в закрытых не отапливаемых помещениях при температуре -30 - +50°С и относительной влажности воздуха до 95%.

В - приборы, предназначенные для работы в полевых и морских условиях при температуре -50 - +80°С.

Кроме указанных выше, на шкалы приборов наносят следующие обозначения:

1. Обозначения, состоящие из буквенного символа и числа, стоящего за буквой, например, М24. Буквенные индексы характеризует систему прибора (принцип действия), а число – завод - изготовитель или организацию, разработавшую прибор. Например:

М - прибор магнитоэлектрической системы,

Э -прибор электромагнитной системы

Д - прибор электродинамической или ферромагнитной системы,

С - прибор электростатической системы.

2. Положение шкалы: горизонтальное

вертикальное 

3. Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ

4. Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит.

5. Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета)

6. Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции по эксплуатации

7. Отрицательный зажим

8. Положительный зажим

9. Общий зажим (для многопредельных и комбинированных приборов)

10. Зажим переменного тока 

11. Зажим, соединенный с корпусом

12. Корректор

13. Арретир Арр.

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

Чувствительностью S прибора (имеющего равномерную шкалу) называется число делений шкалы N, приходящихся на единицу измеряемой величины Х, то есть
. Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mА, имеет 60 делений, что чувствительность прибора

Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжений и т.д.). Величина
, обратная чувствительности, называется ценой деления прибора, Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора; и от числа делений шкалы.

КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

И ПРИБОРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

Важнейшей характеристикой электроизмерительного прибора является его класс точности, который определяет минимальную относительную (систематическая) погрешность прибора, выраженную и процентах. Все приборы классифицируется по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0.1; 0.2; 0.5; 1,0; 1.5; 2, 5, 4, 0. Приборы первых пяти классов вследствие высокой точности называются особо точными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.

По характеру градуировки шкалы прибора, они делятся на 2 типа. К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна, класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры: например, 1,0. Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке

Класс точности равен отношению абсолютной погрешности к предельному значению измеряемой величины Х ПР) измерения в процентах, т.е. класс точности равен

Отсюда вычисляется абсолютная погрешность прибора

Так, например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0-500 mА (Х ПР = 500 mA) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна

Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность ε проведенного в данном опыте измерения. Пусть, например, в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно I=200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значения измеряемого тока, т.е.

или

Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает

где m – число декад магазина. R – значение включенного сопротивления.

Абсолютная погрешность будет равна

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

ПРАВИЛА СБОРКИ ЦЕПЕЙ

Перед выполнением работы студент должен ознакомиться с применяемой аппаратурой и ее техническими данными. После этого приступает к сборке электрической цепи по заданным схемам. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. Перед сборкой цепи все рубильники должны быть разомкнуты, реостаты поставлены на максимальное сопротивление.

2. Сборку схемы рекомендуется производить по контурам: собирается основной контур, затем вспомогательные контуры. Источник тока не присоединяется к цепи до проверки ее преподавателем или лаборантом. Сборку схемы следует начинать от одного полюса источника питания и заканчивать около другого его полюса.

3. Схема обязательно должна быть проверена преподавателем или лаборантом. Производить “пробные” включения, то есть, замыкать цепь на источник тока без разрешения - строго воспрещается.

4. Любые изменения в собранной схеме производятся обязательно при выключенном источники тока. Последующее включение напряжения разрешается только после повторной проверки преподавателем или лаборантом.

5. При выполнении работы необходимо следить за соблюдением правил техники безопасности. Категорически запрещается касаться руками проводов и зажимов, когда цепь находится под напряжением. Запрещается производить присоединение к схеме, не отключенной от источника тока.

Перенос приборов с других рабочих столов не допускается.

По каждой выполненной работе составляется отчет по форме.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Электрическая цепь. Из чего она состоит?

Какими устройствами регулируется ток, напряжение?

Как необходимо включать амперметр и вольтметр в цепь?

Как подключить шунт к амперметру и дополнительное сопротивление к вольтметру?

На какие группы разделяются электроизмерительные аналоговые приборы прямого преобразования?

Источники тока.

Устройство и принцип работы магнитоэлектрических приборов.

Устройство и принцип работы электромагнитных приборов.

Устройство и принцип работы цифровых измерительных приборов.

Устройство измерительных мостов.

Регистрирующие приборы и устройства.

Как определить систематическую погрешность, зная класс точности.

Как определить относительную погрешность, зная класс точности.

Как определяется цена деления прибора

Как определяется чувствительность прибора.

На схеме , , , - плечи моста, AD - диагональ питания, CB - измерительная диагональ. представляет собой неизвестное сопротивление; , и - известные сопротивления, причём значение может регулироваться. Если отношение сопротивлений равно отношению сопротивлений , то разность потенциалов между двумя средними точками будет равна нулю, и ток между ними не будет протекать. Сопротивление регулируется до получения равновесия, а направление протекания тока показывает, в какую сторону нужно регулировать .

С помощью гальванометра момент равновесия можно установить с большой точностью, и если сопротивления , и имеют малую погрешность, то может быть измерено очень точно, ведь даже небольшие изменения вызывают заметное нарушение баланса всего моста.

Таким образом, если мост сбалансирован (ток через гальванометр, сопротивление которого можно обозначить как , равен нулю), эквивалентное сопротивление цепи будет:

В параллели с , то есть

Схема неуравновешенного измерительного моста с вольтметром

Применение в тензометрии

Если все сопротивления, составляющие мост (см. схему в начале статьи), равны между собой, то, при любых значениях напряжения между точками А и В, токи через все резисторы по закону Ома будут равны между собой. Следовательно, напряжение между точками С и B будет равно нулю. Но если какое-либо сопротивление будет отличаться от трёх других, то между точками C и B появится разность потенциалов (напряжение). Если же это сопротивление будет менять своё значение под воздействием какого-либо внешнего физического фактора (изменения температуры, светового потока извне и т. д.), то напряжение между точками C и B будет менять своё значение в соответствии с изменением параметров внешнего физического фактора. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом, а напряжение между точками C и B - выходным сигналом. Далее выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его анализировать, раскладывать на гармонические составляющие и т. д.

В качестве резистора с переменным значением может использоваться тензодатчик - это такой «резистор», который может изменять своё сопротивление при изменении его длины (или иной деформации). Если один конец тензодатчика закрепить на одной поверхности (назовём её Х), а другой конец тензодатчика закрепить на другой поверхности (назовём её Y), то с изменением расстояния между поверхностями Х и Y будет изменяться длина тензодатчика, а значит и его сопротивление, и следовательно будет меняться напряжение между точками C и B. Таким образом, на анализирующем устройстве (например, на экране монитора компьютера) можно получать кривую, с большой точностью соответствующую колебаниям расстояния между поверхностями X и Y. Эту кривую, и соответствующий ей сигнал удобно анализировать. Такой способ измерения получил название тензометрии. Чувствительность тензометрических измерений расстояний между поверхностями Х и Y достигает долей микрометра.

Типовое применение тензорезистора - весы. Когда на весы кладется или подвешивается груз, длина тензодатчика изменяется (он растягивается или сжимается в зависимости от схемы применения). При этом изменяется его сопротивление, и, следовательно, изменяется напряжение между точками C и B. Это напряжение поступает на микроконтроллер, который пересчитывает его по специальным формулам из «вольт в килограммы» и выводит рассчитанный вес на дисплей.

Помимо тензодатчиков, для измерения колебаний расстояния между двумя поверхностями часто используютпьезоэлектрические датчики. Последние во многих сферах вытеснили тензодатчики благодаря лучшим техническим и эксплуатационным характеристикам.

Урок 16 Контрольная работа по пройденным темам

измерительный мост в, измерительный мост сериал
Принципиальная схема моста Уитстона. Обозначения:

• , - «плечи» моста;
• AD - диагональ питания;
• CB - измерительная диагональ;
• - элемент, сопротивление (Ом) которого требуется измерить;
• , и - элементы, сопротивления (Ом) которых известны;
• - элемент, сопротивление которого может регулироваться (например, реостат);
• - гальванометр (В);
• (не показано) - сопротивление гальванометра (Ом).

Измери́тельный мост (мост Уи́тстона , мо́стик Ви́тстона , англ. Wheatstone bridge) - электрическая схема или устройство для измерения электрического сопротивления. Предложен в 1833 году Самуэлем Хантером Кристи (англ. Samuel Hunter Christie) и в 1843 году усовершенствовал Чарльзом Уитстоном (англ. Charles Wheatstone). Мост Уитстона относится к одинарным мостам в отличие от двойных мостов Томсона. Мост Уитстона - электрическое устройство, механическим аналогом которого являются аптекарские рычажные весы.

• 1 Измерение сопротивлений с помощью моста Уитстона
• 2 Условие баланса моста
• 3 Схемы подключения
• 4 История создания
• 5 Классификация
• 6 Применение в тензометрии
• 7 Модификации
• 8 Промышленные образцы
• 9 См. также
• 10 Примечания
• 11 Литература

Измерение сопротивлений с помощью моста Уитстона

Принцип измерения сопротивления основан на уравнивании потенциала средних выводов двух ветвей (см. рисунок).

1. В одну из ветвей включён двухполюсник (резистор), сопротивление которого требуется измерить ().

Другая ветвь содержит элемент, сопротивление которого может регулироваться (; например, реостат).

Между ветвями (точками B и D; см. рисунок) находится индикатор. качестве индикатора могут применяться:

• гальванометр;
• нуль-индикатор - прибор, отклонение стрелки которого показывает наличие тока в цепи и его направление, но не величину. На шкале такого прибора отмечено только одно число - ноль;
• вольтметр (принимают равным бесконечности:);
• амперметр (принимают равным нулю:).

Обычно в качестве индикатора используется гальванометр.

1. Сопротивление второй ветви изменяют до тех пор, пока показания гальванометра не станут равны нулю, то есть потенциалы точек узлов D и B не станут равны. По отклонению стрелки гальванометра в ту или иную сторону можно судить о направлении протекания тока на диагонали моста BD (см. рисунок) и указывают в какую сторону изменять регулируемое сопротивление для достижения «баланса моста».

Когда гальванометр показывает ноль, говорят, что наступило «равновесие моста» или «мост сбалансирован». При этом:

• отношение равно отношению:

• разность потенциалов между точками B и D (см. рисунок) равна нулю;
• ток по участку BD (через гальванометр) (см. рисунок) не протекает (равен нулю).

Сопротивления, должны быть известны заранее.

1. Измеряют сопротивление.

1. Вычисляют искомое сопротивление:

Вывод формулы см. ниже.

Точность

При плавном изменении сопротивления гальванометр способен зафиксировать момент наступления равновесия с большой точностью. Если величины, и были измерены с малой погрешностью, величина будет вычислена с большой точностью.

В процессе измерения сопротивление не должно изменяться, так как даже небольшие его изменения приведут к нарушению баланса моста.

Недостатки

К недостаткам предложенного способа можно отнести:

• необходимость регулирования сопротивления. На поиски «равновесия» тратится время. Гораздо быстрее измерить несколько параметров цепи и вычислить по другой формуле.

Условие баланса моста

Выведем формулу для расчёта сопротивления.

Схема к расчёту сопротивления. Красными стрелками показаны выбранные произвольно направления токов. Обозначения:

• - ток, протекающий через гальванометр, А;
• , - токи, протекающие через элементы, и соответственно, А;
• другие обозначения см. выше.

Считается, что сопротивление гальванометра мало настолько, что им можно пренебречь (). То есть, можно вообразить, что точки B и D соединены (см. рисунок).

Воспользуемся правилами (законами) Кирхгофа. Выберем:

• направления токов - см. рисунок;
• направления обхода замкнутых контуров - по часовой стрелке.

По первому правилу Кирхгофа сумма токов, входящих в точку (узел) равна нулю:

• для точки (узла) B:

• для точки (узла) D:

По второму правилу Кирхгофа сумма напряжений в ветвях замкнутого контура равна сумме ЭДС в ветвях этого контура:

• для контура ABD:

• для контура BCD:

Запишем 4‑е последних уравнения для «сбалансированного моста» (то есть учтём, что):

Поделив 4‑е уравнение на 3‑е, получим:

Выразив, получим:

С учётом того, что

Второй способ

Считается, что сопротивление гальванометра велико настолько, что точки B и D можно считать не соединёнными (см. рисунок) ().

Введём обозначения:

• , и - соответственно потенциалы точек A, B, C и D, В;
• - напряжение между точками C и A, В:

• - напряжение между точками D и B, В:

• - сопротивление участка ADC (последовательное соединение), Ом:

• - сопротивление участка ABC (последовательное соединение), Ом:

• , - токи, протекающие на участках ADC и ABC соответственно, А.

По закону Ома токи, равны:

По закону Ома падения напряжения на участках DC и BC равны:

Потенциалы в точках D и B равны:

Напряжение между точками D и B равно:

Подставив выражения для токов и, получим:

Учитывая, что для «сбалансированного моста» , получим:

Поместив слагаемые по разные стороны от знака равенства, получим:

Сократив, получим:

Умножив на произведение знаменателей, получим:

Раскрыв скобки, получим:

После вычитания получим:

Выразив, получим:

В данном случае мостовая схема рассматривалась, как комбинация двух делителей, а влияние гальванометра считалось пренебрежимо малым.

Схемы подключения

На практике для измерения сопротивления с помощью мостовых схем применяют двухпроводное и четырёхпроводное подключение.

Двухпроводная схема подключения применяется при измерениях сопротивлений величиной выше 10 Ом. К точкам B и C (см. рисунок) подключаются по одному проводу.

Четырёхпроводная схема подключения применяется при измерении сопротивления величиной до 10 Ом. К точкам B и C (см. рисунок) подключаются по два провода. Это позволяет исключить влияние сопротивления проводов на величину измеренного сопротивления.

История создания

В 1833 году Самуэль Хантер Кристи (англ. Samuel Hunter Christie) предложил схему, позже получившую название «мост Уитстона».

В 1843 году схема была усовершенствована Чарльзом Уитстоном (англ. Charles Wheatstone) и стала называться «мостом Уитстона».

В 1861 году лорд Кельвин использовал мост Уитстона для измерения малых сопротивлений.

В 1865 году Максвелл с помощью изменённого моста Уитстона измерял силу переменного тока.

В 1926 году Алан Блюмлейн усовершенствовал мост Уитстона и запатентовал. Новое устройство стали называть в честь изобретателя.

Классификация

В промышленности широко применяются уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты.

Работа уравновешенных мостов (наиболее точных) основана на «нулевом методе».

С помощью неуравновешенных мостов (менее точных) измеряемую величину определяют по показаниям измерительного прибора.

Измерительные мосты подразделяются на неавтоматические и автоматические.

В неавтоматических мостах балансирование производится вручную (оператором).

В автоматических балансировка моста происходит с помощью сервопривода по величине и знаку напряжения между точками D и B (см. рисунок).

Применение в тензометрии

Мост Уитстона используется для вычисления сопротивления деформирующегося элемента в составе различных тензометрических измерителей, например:

• электронных весов (см. тензорезистор);
• термометров сопротивления (электронных термометров; см. терморезистор).

Если все сопротивления моста (см. рисунок) равны между собой:

то по закону Ома (независимо от разности потенциалов (напряжения) между точками D и B ()) токи через все резисторы будут равны между собой:

Следовательно, напряжение между точками D и B будет равно нулю:

Но если величина какого-либо сопротивления будет отличаться от трёх других, то между точками D и B появится разность потенциалов (напряжение).

Если будет меняться под влиянием внешних условий (температуры, светового потока, давления и т. д.), напряжение между точками D и B тоже будет меняться. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом, а - выходным. Выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его анализировать (раскладывать на гармонические составляющие и т. д.).

В качестве элемента может использоваться тензодатчик - «резистор», сопротивление которого изменяется при механической деформации (растяжении-сжатии, изгибе, кручении). Если концы тензодатчика жёстко закрепить в точках B и C (см. рисунок) на какой-либо поверхности (или поверхностях), то при изменении взаимного расположения точек под влиянием внешних условий тензодатчик будет деформироваться (например, изменится его длина). При деформации изменится сопротивление тензодатчика, а, следовательно, изменится и напряжение между точками D и B. Измеряя и сохраняя величины напряжения с помощью анализирующего устройства (например, с помощью компьютера), можно строить кривую, с большой точностью соответствующую колебаниям расстояния между точками B и C. Эту кривую и соответствующий ей сигнал можно анализировать. Такой способ измерения получил название тензометрии. Изменение расстояния между точками B и C может быть измерено с точностью до долей микрометра (чувствительность прибора).

Принцип работы электрических весов

Типовое применение тензорезистора - весы. При укладке на весы груза (или при подвешивании груза), длина тензодатчика изменяется - тензодатчик растягивается или сжимается в зависимости от устройства весов. При этом изменяется сопротивление тензодатчика, и, следовательно, изменяется напряжение между точками D и B (). Это напряжение поступает на микроконтроллер. Микроконтроллер пересчитывает по специальным формулам «из вольт в килограммы» и выводит результат - массу на дисплей.

Альтернативы

Помимо тензодатчиков, для измерения колебаний расстояния между двумя точками часто используют пьезоэлектрические датчики. Последние во многих сферах вытеснили тензодатчики благодаря лучшим техническим и эксплуатационным характеристикам.

Модификации

Используя мост Уитстона, можно с большой точностью измерять сопротивление.

Различные модификации моста Уитстона позволяют измерять другие физические величины:

• ёмкость;
• индуктивность;
• импеданс;
• концентрацию газов;
• и другое.

Прибор explosimeter (англ.) позволяет определить, превышена ли допустимая концентрация горючих газов в воздухе.

Мост Кельвина (англ. Kelvin bridge), также известный как мост Томсона (англ. Thomson bridge), позволяет измерять малые сопротивления, изобретён Томсоном.

Вид спереди прибора, построенного на основе моста Кельвина

Прибор Максвелла позволяет измерять силу переменного тока, изобретён Максвеллом в 1865 году, усовершенствован Блюмлейном около 1926 года.

Мост Максвелла (англ. Maxwell bridge) позволяет измерять индуктивность.

Мост Фостера (англ. Carey Foster bridge) позволяет измерять малые сопротивления, описан Фостером (англ. Carey Foster) в документе, опубликованном в 1872 году.

Делитель напряжения Кельвина-Варли (англ. Kelvin–Varley divider) построен на основе моста Уитстона.

Промышленные образцы

В СССР и России Краснодарским заводом измерительных приборов выпускались следующие марки измерительных мостов с ручной наводкой на равновесие:

• ММВ (измерения сопротивления проводников постоянному току);
• Р333 (измерение по схеме одинарного моста, определение места повреждения кабеля по схемам петли Муррея и Варлея);
• МО-62.

См. также

• Мост Шеринга - схема для измерения ёмкости.
• Потенциометр (англ. potentiometer) - прибор для измерения ЭДС.
• Омметр (англ. ohmmeter) - прибор для измерения сопротивления.
• Реохорд - устройство для измерения сопротивления и ЭДС.

Примечания

1. Мостик Витстона // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб., 1890-1907.
2. 1 2 Марио Льоцци История физики - М.: Мир, 1970 - С. 261.
3. Электротехнический справочник, 1980, с. 190

Литература

• Панфилов В. А. Электрические измерения. - Академия, 2006.

• Электротехнический справочник. 3-x томах / Герасимов В. Г. и др.. - 6-е издание. - М.: Энергия, 1980. - Т. 1. - 520 с.

измерительный мост в, измерительный мост кино, измерительный мост компютърс, измерительный мост сериал

Измерительный мост Информацию О

По сей день применяемых в контрольно-измерительных приборах и в электротехнических лабораториях, является измерительный мост Уитстона, названный в честь английского изобретателя Чарльза Уитстона, предложившего данную схему для измерения сопротивлений в далеком 1843 году.

Измерительный мост Уитстона является по сути электрическим аналогом аптекарских рычажных весов, так как здесь используется подобный компенсационный метод измерения.

Принцип действия измерительного моста основан на уравнивании потенциалов средних выводов двух включенных параллельно ветвей резисторов, в каждой ветви по два резистора. В качестве части одной из ветвей включается резистор, величину которого требуется узнать, а в другую - резистор перестраиваемого сопротивления (реостат или потенциометр).

Плавно изменяя величину сопротивления перестраиваемого резистора, добиваются нулевого показания на шкале гальванометра, включенного в диагональ между средними точками двух упомянутых ветвей. В условиях, когда гальванометр покажет ноль, потенциалы средних точек будет равны, и значит можно легко вычислить искомое сопротивление.

Понятно, что кроме резисторов и гальванометра, в схеме обязательно должен присутствовать источник питания моста, на приведенном рисунке он изображен в виде гальванического элемента Е. Ток течет от плюса батарейки к минусу, при этом делится между двумя ветвями обратно пропорционально их сопротивлениям.

Если верхние и нижние резисторы в плечах моста попарно одинаковы, то есть когда плечи полностью идентичны, нет причин для возникновения тока через диагональ, поскольку разность потенциалов между точками подключения гальванометра равна нулю. В этом случае говорят что мостик уравновешен или сбалансирован.

Если же верхние резисторы одинаковы, а нижние не одинаковы, то ток устремится через диагональ, от плеча с большим нижним сопротивлением к плечу с меньшим нижним сопротивлением, и стрелка гальванометра отклонится в соответствующую сторону.

Итак, если потенциалы точек, к которым подключен гальванометр, равны, то соотношения номиналов верхних и нижних резисторов в плечах будут равны между собой. Таким образом, приравняв эти соотношения, получим уравнение с одним неизвестным. Сопротивления R1, R2 и R3 должны быть изначально измерены с высокой точностью, тогда и точность нахождения резистора Rх(R4) будет высокой.

Схему моста Уитстона часто используют для измерения температуры, когда в одну из ветвей моста включают в качестве неизвестного резистора. В любом случае, чем больше разность сопротивлений в ветвях, тем больший ток будет течь через диагональ, а при изменении сопротивлений станет изменяться и ток диагонали.

Именно это свойство моста Уитстона так ценится теми, кто решает задачи контрольно-измерительного характера и разрабатывает схемы управления и автоматизации. Малейшее изменение сопротивления в одной из ветвей приводит к изменению тока через мостик, и это изменение фиксируется. Вместо гальванометра в диагональ моста можно включить амперметр или вольтметр, в зависимости от конкретной схемы и цели исследования.

Вообще, с помощью моста Уитстона можно измерять самые разные величины: упругую деформацию, освещенность, влажность, теплоемкость и т. д., достаточно лишь вместо измеряемого резистора включить в схему соответствующий датчик, чувствительный элемент которого будет способен изменять свое сопротивление в соответствии с изменением измеряемой величины, пусть даже не электрической. Как правило, мост Уитстона подключается в таких случаях , а дальнейшая обработка сигнала, отображение информации на дисплее, действия с опорой на получаемые данные - все это остается делом техники.

Году усовершенствованное Чарльзом Витстоном. Принцип измерения основан на взаимной компенсации сопротивлений двух звеньев, одно из которых включает измеряемое сопротивление. В качестве индикатора обычно используется чувствительный гальванометр , показания которого должны быть равны нулю в момент равновесия моста.

Измерительный мост с вольтметром

На схеме R1, R2, R3, R4 – плечи моста, AD - диагональ питания, CB - измерительная диагональ. R x представляет собой неизвестное сопротивление; R 1 , R 2 и R 3 - известные сопротивления, причём значение R 2 может регулироваться. Если отношение сопротивлений (R 1 / R 2) равно отношению сопротивлений другого (R x / R 3) , то разность потенциалов между двумя средними точками будет равна нулю, и ток между ними не будет протекать. Сопротивление R 2 регулируется до получения равновесия, а направление протекания тока показывает, в какую сторону нужно регулировать R 2 .

С помощью гальванометра момент равновесия можно установить с большой точностью, и если сопротивления R 1 , R 2 и R 3 имеют маленькую погрешность, то R x может быть измерено очень точно, ведь даже небольшие изменения R x вызывают заметное нарушение баланса всего моста.

Таким образом, если мост сбалансирован (ток через гальванометр, сопротивление которого можно обозначить как R g , равен нулю), эквивалентное сопротивление цепи будет:

R 1 + R 2 в параллели с R 3 + R x , то есть

С другой стороны, если R 1 , R 2 и R 3 известны, но R 2 не регулируется, то значение напряжения или тока через гальванометр также можно использовать для расчёта R x , используя законы Кирхгофа . Такой метод применяется в тензометрических измерителях для расчёта величины механических деформаций, а также в электронных термометрах .

Запишем первый закон Кирхгофа для точек B и C (I g - ток, протекающий через гальванометр):

Теперь рассчитаем потенциал в цепях ABC и BCD , используя второй закон Кирхгофа:

Учитывая, что мост сбалансирован и I g = 0 , запишем систему уравнений:

Решая систему уравнений, получим:

Если известны значения всех четырёх сопротивлений, а также напряжение (V s ), то напряжение на плечах моста можно найти, используя формулы делителя напряжения, а затем вычесть их друг из друга, чтобы найти V :

Если упростить выражение:

Измерительный мост показывает пример так называемых дифференциальных измерений, которые могут обладать очень высокой точностью. Варианты измерительного моста могут использоваться также для измерения электрической ёмкости, индуктивности, импеданса и даже количества взрывчатых газов в пробе при помощи эксплозиметра.

Идея измерительного моста была применена лордом Кельвином в для измерения малых сопротивлений, Максвеллом в 1865 для измерения в области переменных токов, а также Аланом Блюмлейном в , который за усовершенствованный вариант получил патент, а устройство было названо его именем.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Мост Уинстона" в других словарях:

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения. У этого термина существуют и другие значения, см … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Форрест Гамп (значения). Форрест Гамп Forrest Gump … Википедия