Неуравновешенные мосты и логометры

На рис. 3.73 приведена схема неуравновешенного моста, имеющего мультипликативную и аддитивную погрешности.

Р

Рис. 3.73. Схема неуравновешенного моста

езисторы R₁, R₂, R₃ выполнены из манганина, R_тс – терморезистор, включенный в плечо 1–2 моста по двухпроводной линии. Линия переменной длины, поэтому ее сопротивление Δr_л для неравноудаленных объектов различно. Линия проложена на открытом воздухе, поэтому ее сопротивление зависит от температуры окружающей среды r_л = r_ло ± Δr_л. При двухпроводном подключении терморезистора возникает аддитивная погрешность от непостоянства длины линий и изменение сопротивления линии при изменении температуры окружающей среды. Погрешность от непостоянства длины линии значительно уменьшают с помощью дополнительных манганиновых резисторов (катушек) (рис. 3.74). Добиваются постоянства сопротивления провода линии r_л = r_ло + r_к = const. Аддитивная погрешность измерения, связанная с удаленностью датчика от прибора, достигается введением в каждый провод линии резистора, сопротивление которого рассчитывается по формуле

,

где сопротивление линии принято 5 Ом (МПТШ-68).

Рис. 3.74. Схема моста с включением дополнительных резисторов

Пример. R_л = 3 Ом; R_к = (5 – 3)/2 = 1 Ом.

Необходимо с каждой катушки отмотать проволоку сопротивлением (2,5 – 1) = 1,5 Ом. Тогда суммарное сопротивление линии R_л = 3 + 1 + 1 = 5 Ом. Погрешность от изменения сопротивления линии при изменении температуры окружающей среды компенсируют с помощью трехпроводной линии (рис. 3.75).

Р ис. 3.75. Схема моста с трехпроводной линией

Провод питания отсоединяют от узла моста 2 и присоединяют к датчику в точке 2’. При этом включении в новом плече 1–2’ остался один провод линии r_л1, а r_л2 переключился в новое плечо 2’– 3. Два провода линии оказались включены в соседние плеча моста. При одинаковом изменении сопротивлений в соседних плечах моста выходное напряжение не изменится. Выходное напряжение неравновесного моста будет линейно зависеть от изменения сопротивления R_тс

U_вых = kU_ПΔR_ТС.

Мультипликативная погрешность устраняется контролем питающего напряжения моста. Терморезисторы выпускаются с тремя выводами для монтажа трехпроводной линии. Совмещение измерительного моста с измерительными катушками, расположенными перпендикулярно друг к другу, с целью исключения мультипликативной погрешности от изменения питания измерительного моста, образуют логометр, показанный на рис. 3.76.

i₁ = U_п/R = k₁U_п

i₂ = k₂U_п∆R_t

tg α = i₁/ i₂ = k₃∆R_t

α < ± 5⁰

Рис. 3.76. Логометр

Так как любой из токов I₁ и I₂ зависит от напряжения одинаково, то напряжение питания в формуле сокращается. Мультипликативная погрешность в данном приборе отсутствует. Аддитивная погрешность в приборе устраняется подключением датчика температуры с помощью трехпроводной линией и введением корректирующих резисторов.

К неуравновешенным мостам относится схема промышленного логометра, приведенная на рис. 3.77. Обе рамки логометра включены в измерительную диагональ неуравновешенного моста. Угол поворота подвижной части логометра зависит от соотношения токов, протекающих по входным катушкам прибора. Поэтому показания логометра не зависят от нестабильности напряжения питания.

Присоединение термометра R_ТС к логометру производится по трехпроводной линии. На шкале логометра наносится градуировка (Гр21, П50 и др.), указывающая какой термометр можно подключать.

Р ис. 3.77. Схема промышленного логометра

В режиме измерение все перечисленные погрешности компенсированы, кроме методической погрешности, связанной с дебалансом моста в момент измерения температуры. В стационарных приборах методическая погрешность отсутствует из-за применения уравновешенного моста.