Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Специальные методы электрических измерений

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.1 Mб
Скачать

получаем

из (5-13):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А /,= (Л . + Л ^ } ^ Х

 

 

х -

 

 

№ +лЛя.+/У + « .«№ + /у+ яЛ № + л .)

®д4

 

 

 

 

 

= № + « ,)

 

 

 

 

_______________

 

д/г,/?,____________________ _

X

<*,+*,) (*НЛ> + « Л (* .+ ^ ) + « а^

Л + /У

.

 

 

/

р7_____________ А/?,/?,_______

_

 

 

 

^1 [5 (^г+^з) (^14"^2)Н~(^г4_^з)

 

 

 

 

 

1МК. + Я|)(1 +вГ

 

 

(5-48)

 

 

 

 

 

 

Мощность,

подводимая к указателю, будет:

 

 

 

 

 

А/>у=Д /2у* у,

 

 

 

 

Подставляя значения

А/у из (5-48) и

/?у= $#СсЬ

имеем:

 

д р

 

 

ДЯ,2Р А

 

 

 

 

 

 

~

1“ “______ 8 р (^2 + ад

 

 

У

Л 2 (Я , +

^ з ) 2(1 + 5)2

^

(Лв + Лх)

 

 

 

/ Д^Д2р

 

КХК2

 

 

 

 

 

\ Я г )

я №. + ад(«. + Л.) '

0 + * )2 "

 

При условии Л1й3= /?а/?4 получим:

 

 

 

 

2+

й3) (#2+

ЯО = Я2(/?! +

 

+ #з +

^)*

 

Наконец:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д

р

— е “ р

2

______________________________ 5

(5-49)

 

 

 

 

/?» + « в + /? в +

/? 4 в ( И - * ) 2

 

Вывод формулы (5-49) был сделан л предположении, что Я\ — наименьшее из всех четырех плеч; в соответст­ вии с этим наиболее нагруженным плечом является вто­ рое. Однако такой вариант не единственно возможный. Рассмотрение всех других вариантов приведет нас к вы­ ражениям, совершенно подобным друг другу. Сравни-

122

вая их, мы можем установить общую форму выражения (5-49) в виде:

АР у = е2Я -

2/?

(1

+ *)2

(5-50)

 

 

где Р — мощность, рассеиваемая в наиболее нагружен­ ном плече;

Лмии — наименьшее из сопротивлений плеч;

2 /?= /?, +

+ /?3+ Л4— сумма сопротивлений всех

четырех плеч мостовой схемы.

Остальные обозначения были указашы 1вьгше.

Из (5-50)

'непосредственно видно, что максимальной

отдаче мостом мощности в указатель при одинаковой допустимой нагрузке каждого из плеч соответствует слу­ чай равноплечего моста. Пр-и этом мощность, отда­ ваемая указателю, равна |/ю произведения мощности Р, рассеиваемой в каждом плече моста (а в более общем

случае — в наиболее нагруженном

плече)

и

квадрата

относительного изменения

измеряемого

сопротивления

ДД,

 

совпадает с

ранее

'рассмот­

е = - ^ - !-,что, естественно,

ренным случаем при а= 1 и Ь = 1.

 

 

 

питания;

4. Заданы все 'плечи моста

и -напряжение

требуется выбрать

расположение

диагоналей

питания

и указателя.

имеет место,

например,

при работе

Такой случай

с готовыми мостовыми установками, использующими, как это часто бывает, внешний гальванометр и внешнюю

батарею питания.

Ранее указывалось, что для моста в силу его симмет­ рии от перемены мест диагоналей условия равновесия не меняются. Однако значение тока в указателе неуравно­ вешенного моста, а следовательно, и чувствительность при такой перемене сохраняются только в случае равен­ ства всех четырех плеч, в других же случаях они изме­ няются. Для выяснения этого рассмотрим две «схемы,

изображенные на рис. 5-9.

 

 

Ток в указателе будет:

 

 

АЛг.— д у ( Д 1+ Д 2) ( Д з4 " Д 4) + / 7

(для схемы Рис*

5 - 9 , а ) ;

Д*Дз— ^аД4

(для схемы рис.

5-9,6),

Д/у=С /0Я у (Д .-М * )(Д 2 + Д з ) + Я

где

П = Лх/^2^3“Ъ

“Ь ^ З ^ Л ”1“

Рассматривая эти выражения, мы видим, что нё только условие равновесия (числитель), -но и функция Я, как вполне симметричная, сохраняют авои значения при любом расположении батареи и указателя. Следо­ вательно, изменяется только множитель при /?у; обо­ значим его через <р(Л?). Очевидно, что чем меньше <р(-/?), тем больше ток и тем больше чувствительность схемы.

Выпишем значения

этих функций

для обеих схем

(рис. 5-9):

 

 

?а(Д) =

1+Д ,)(Д , +

Д4);

9в Ю = { Ъ + Я Ж + * ±

Найдем условия, при которых

?б(Я)>Ув(Я).

т. е.

Те № ) - * .(* ) > ° - Выпишем значение этой разности:

% (*) - *» (Я )= (# ,+ Д 4)(Я, + /?,) - (Я, + и,) (Н ,+К 4).

После ряда преобразований получаем:

( Я ) - * 0( * ) = ( * . - « Ж - * , ) -

Очевидно, что это выражение будет положительным, а следовательно, схема рис. 5-9,а окажется более чув­ ствительной, если удовлетворены порознь неравенства

Я2> Я 4\ Я ,> Я 3.

Сопоставляя эти неравенства со схемами рис. 5-9, можем сформулировать следующее правило: для того чтобы при заданных Яо и Яу получить от данной 'мосто­ вой схемы «наибольшую чувствительность, два меньших

сопротивления нужно

включать в одну ветвь моста,

а два

ббльших

— в

другую. Это

правило

определяет

включение, при котором в схеме рассеивается мощность

большая, чем при другом включении. Оно справедливо,

если Яо<Яу; в противном случае правило -меняется на

обратное.

 

 

 

 

5.

Измерение малых сопротивлений двойным мостом;

требуется получить максимальную мощность в индика­

торной дигошали.

 

 

 

Прежде «всего заметим, что, так как «сопротивления

Ях и ЯN (рис.

5-5),

как правило,

всегда

достаточно

малы, питание мостовой цепи приходится выбирать, исхо­

дя из допустимой мощности, рассеиваемой измеряемым

(Ях) или образцовым

(Яп) .сопротивлением. Это «прибли­

жает «нас к рассмотренному выше третьему случаю. По­

кажем,

что формула

(5-50) «справедлива /не только для

одинарного, но и для двойного моста.

 

Полагая Я4=Я'а и Яз—Я'з (рис.

5-5), преобразуем

треугольник Я'лгЯ'з в звезду, т. е. перейдем к схеме рис. 5-6. Тогда, пренебрегая в знаменателе малой вели­

чиной Д/?4 и пользуясь условием

равновесия ЯхЯз=

= 1/?лг# 4, любым

способом найдем

приращение

тока

в указателе, вызванное изменением сопротивления ^ 4:

А Т

___ /

 

/ С С 1 Ч

у

0 (Я . + Я 4) + Я4 (Я * + 2 / Ц *

1 >

Обозначая выходное сопротивление схемы моста от­ носительно зажимов указателя через /?в, введем вновь

коэффициент согласования:

Яу_ Яв

При вычислении выходного сопротивления мы можем пренебречь малым сопротивлением г. Тогда получим:

_(2Л, + Л*)(2/?, + /?Л[)

2Л. + Л*

 

(5-52)

КВ— 2Ла + 2Л*+ /?* + % ~

+

 

Выражая Яг через 5 и Нв по (5-52) и (5-51) и про­

изводя преобразования, подобные сделанным при выводе (5-48) и (5-49), получаем:

 

д / — / АЕ*.

Я*

1 .

 

пУу“ у°

*Я, + 2/?4

1 + 5

АЯу

А Я Л *

 

Я К х& н

з

К* )

2Я* + 2^з + Ях + Я* '(1+ 5)2 ■

 

В двойном мосте сопротивления Цх и /?1У заведомо

меньше по величине и больше нагружены, чем все осталь­ ные плечи. Поэтому можно наверняка считать, что

^0

: •-РК*

ибо большее из них нагружено сильнее, а меньшее яв­ ляется наименьшим из всех плеч схемы. Обозначая

а д = 2*4+ 2/?,

вновь получаем выражение (5-50), являющееся универ­ сальным, т. е. общим для одинарных и двойных мостов.

Таким образом, расчет чувствительности двойных мостов не имеет принципиальных отличий по сравнению с аналогичным расчетом для одинарных мостов. Сопо­ ставление расчетных данных для этих двух типов мостов

показывает, что выходная мощность двойных ^мостов

п

значительно ниже, так как коэффициент

, входя­

щий в формулу (5-50), имеет для двойных мостов значи­ тельно меньшую величину. Поэтому при использовании двойных мостов для измерения очень малых сопротивле­ ний приходится применять более чувствительные гальва­ нометры, чем при измерении сопротивлений средней ве­ личины на одинарных мостах, и стремиться питать их максимально допустимым током.

6. Другие случаи.

При проектировании мостовых установок, а также при работе с различными готовыми мостами могут встретиться случаи с другими начальными условиями. Для оправок приводится 'Сводная табл. 5-1 выбора опти­ мальных параметров моста в зависимости от заданных исходных условий, которая составлена для четырехпле­ чего моста рис. 5-1; используемые обозначения те лее, что и ранее.

В графе 2 таблицы перечислены-наиболеераспростра- неиные 'случаи заданных (исходных) параметров. В гра­ фах 3—7 даны формулы, по которым необходимо опре­ делять искомые параметры моста. Рассмотренные ранее случаи также включены в таблицу.

5-5. НЕУРАВНОВЕШЕННЫЕ И ПРОЦЕНТНЫЕ МОСТЫ

В ряде случаев технических измерений не требуется той -высокой точности, которую могут обеспечить только уравновешенные мосты. В то же время необходимость в «наводке» и относительная медленность измерений с их помощью являются достаточно существенными и, может быть, решающими недостатками.

Таким образом- -если целесообразность применения уравновешенных мостов для наиболее точных измерений (с погрешностью порядка сотых долей процента) не вы­ зывает сомнений, то менее ответственные (особенно мас­ совые) технические измерения с допустимой -погрешно­ стью примерно от 0,1 до 1,0% требуют уже каких-то бо­ лее простых устройств с отсчетом непосредственно по шкале измерительного прибора. Надобность .в таких приборах весьма велика и все более возрастает, ибо именно на измерениях подобного типа строится боль­ шинство современных измерений неэлектричеоких вели­ чин электрическими методами, получившими в настоя­ щее время очень широкое применение.

Требования упрощения процесса производства изме­ рения и увеличения его скорости привели к распростра­ нению некоторых специальных видов мостовых устано­ вок, к числу которых относятся, в частности, (неуравнове­ шенные и процентные мосты.

Принцип действия неуравновешенных мостовых це­ пей основан на том, что при выходе уравновешенного моста из состояния равновесия путем изменения сопро­ тивления одного из его плеч в указательной диагонали

Н аЛ ти

с

 

З а д а н о

1

2

 

1

Я „, Е

2Яо. Я г . Е

3Е

4~

 

Я ,.

н

Л

5

Е

 

0

6

 

 

Р

7Р п

8Р

9Е

*1 .

 

я *

,

Я Р

 

 

10

о

 

г

Рг

-

 

 

 

 

я ,

3

Яг = Я„

П х = У 1 й Г Г

-

-

-

-

-

-

-

-

Я а

4

Я 2 — Я О

Яа = Я ,

Я * = Я 1 ^ / Г 1 +

Х с о э [ 3 а г с с о з ( К й с + Д 1 ) ]

Яа -*> оо

И , = ^ ' Г р ^ ) х

* - 2 й р -

Яа = Я ,

Я, = Я ,

«- / ' ■ ' ■ Ш т

Яа’-> оо

ного тока по наибольшей чувствительности

 

 

* 4

 

 

5

 

 

 

Д* =

/?0

 

 

Д 4 =

Д I

С05 [ з

а г с с о а

(

 

 

Д а -+ оо

Й4 = --------- -

--------

 

^ -----------------------

е ] /

^

- - ( Д 0 + Д . + Д а )

К / .

Д4 = Д 1

 

II

 

Г

Д» +

Д Р

К , - у

* 0 « . Л1 +

Ло

• Д* -»0

 

 

Д г

Е

 

 

6

7

ч*>

II

«?

-

 

-

 

-

в - в

 

»■ + *«

-

* * - * ■

 

/ ш ;

 

 

Т о

ж е

 

 

 

+ Л .+ /1 ,

+

 

 

 

-

 

 

^ = е | / г ^ - ( # . + я . )

 

 

^ « 2 | / ~ - 2 ( « 0 + Я , )

-

 

-

-

 

 

 

 

+ я 1 +

я , ^ )

 

 

Найти

ез

 

 

п*

Задано

 

%

 

 

 

1

 

2

11

 

Е

 

 

л

12

*1.

Р

 

 

 

V

 

13

 

р п

14

 

р

 

 

15

 

Е

16

*

р,

/?,.Л0

 

 

Р< (ИЛИ Р2)

17

 

Ри

Я|

к*

3

4

п

— ■ УЪ

-

-рР г + УДо

 

Х(ЛК?Г- * - - * « )

-

р ‘ + У

рр4 г

 

 

-

Ра ——р1

 

с0 5 Г1^ а г с С0^ ( -

|л / / л1 **+ д ^ \ |

-«■ =^[/эТ7(1 Г ^ [- 1]™

_

/?2 —>ОО

(Д2)

 

-

Я3 = #1

(Я8)

18

Р

-

^з — •!?!

(/?г)

 

Я.

 

5

Я* =

__

Е У

у г— («0+ я. + яа)

 

 

 

Р -Р х

 

 

 

 

Я« =

Я,

 

 

К 4 = й . '|/ Г 1

+ ^ -

со5Х

 

х [ з

агсс05(

1+ ЯГ) ]

 

( ^ 4 -

2 (7?а + У?а + Л0)

*

 

* [ , + /

8 + 8 ( 1 г + ! г ) ] )

 

Я|

 

 

 

(/?*-^0)

Я*

 

 

 

(Я4 =

Я,)

я*

 

 

 

(/?« =

/?,)

Яр

5

о7

--

-

^5$ | /

(Яд + Я0)

 

 

-

Е ^ 2 ]

/ (Я01)

-Е ^ ;^-(Яо+Яы)

^/?1 + /?4

^

+ Я3

-

д _ в й, + Я.

« « / я » - *

 

 

+ к, + и, +

п

_ п Я»+ Я«

-

я '

” л ‘ «х+/г.

Лг _ Л а я ,+ д а

Е е ' | / Г^ -(Я .+ К м )