книги / Специальные методы электрических измерений
..pdfСледовательно, чем этот угол больше, тем чувстви
тельнее |
|
схема. Очевидно, |
что этот угол |
равен |
углу а |
на рис. |
5-11. |
номограммы |
можно |
решить |
|
При |
помощи этой же |
||||
и обратную задачу расчета схемы .по заданной графиче ски 'кривой /у=/(/?). Для этого достаточно взять две точки на этой кривой, например О :и Я, построить пря
моугольники А 6В 0 и ИНЕО. Тогда точка |
пересечения |
их диагоналей определит положение полюса |
С, которое |
в свою очередь сразу позволит найти 'величины Яа и 50. До сих пор мы не обращали внимания на то, что чувствительность в нулевой точке и ток в указателе прямо пропорциональны питающей схему э. д. с. Е0 (или соответственно Я0). Следовательно, шкала неуравнове шенного моста будет неизменной только при постоянстве Е0(1/0). Обеспечение этой неизменности может быть также достигнуто применением 'магнитоэлектрических
логометров.
С целью повышения чувствительности мостов иногда используется одновременное включение нескольких дат чиков в разные плечи моста. При этрм может быть до стигнуто также и изменение характера шкалы •выходного прибора. В частности, при некоторых .включениях нели нейность шкалы может быть существенно уменьшена. Расчеты таких мостов могут быть произведены приве денными выше приемами. Результаты подобных расче тов приведены в табл. 5-2 без выводов в качестве спра вочного материала.
Необходимо также отметить, что наряду с рассмот ренными четьгрехплечими мостами в некоторых случаях может оказаться целесообразным применение и неурав новешенных шестиплечих (двойных) мостов. Методика их расчета подобна рассмотренной выше.
Другая форма упрощенных мостовых установок, рас считанных на (быстрое получение результата, носит наи менование п р о ц е н т н ы х мостов. Они предназна чены главным образом для текущего цехового контроля массовых изделий одного номинального значения. В та ких случаях бывает не так важно знать истинное зна чение измеряемой величины, сколько процентное откло нение ее от номинала. В 'соответствии с этой задачей мосты такого типа, будучи установлены на определенное номинальное значение, позволяют непосредственно опре-
142
делить именн-о отклонение от номинала в процентах. От сюда они и 'получили -наименование процентных.
По режиму своей работы процентные мосты могут быть как неуравновешенные, так и уравновешенные. Первые, встречающиеся, пожалуй, 'несколько чаще, пред ставляют собой -нормальный четырехплечий мост, кото рый будет уравновешен, если истинное значение измеря емого сопротивления равно номинальному. Если же объект измерения не соответствует номиналу, то появ ляющееся отклонение гальванометра характеризует, оче видно, степень этого несоответствия по величине и по знаку. Естественно, что для некоторого определенного номинального значения контролируемой величины галь ванометр может быть .проградуирован непосредственно в процентах отклонения от номинала.
Слабым местом в работе процентных -мостов в не уравновешенном режиме является то, -что п<ри -определен ном напряжении питания чувствительность -моста (ток в диагонали на 1% отклонения) может изменяться за счет изменения входного сопротивления моста при кон троле изделий разной номинальной величины. Для устранения этого и, следовательно, для сохранения неиз менности процентной градуиро-вки гальванометра, кото рая теоретически должна оставаться неизменной при
любом значении контролируемого объекта (ибо ток в
ДД \ гальванометре пропорционален отношению -^-1, приме
няется шунтирование гальванометра или регулирование напряжения питания. Последнее ‘можно -производить автоматически, если питать мост не -непосредственно от батарей, а через специально подобранный делитель на пряжения. Тогда изменение чувствительности за счет колебания входного 'Сопротивления моста будет компен сироваться изменением -напряжения питания, получаю щимся благодаря -перераспределению падений напряже ния в делителе. Очевидно также, что напряжение источ ника питания, как и вообще для любого неуравновешен ного моста, должно поддерживаться постоянным.
Уравновешенные процентные мосты, конечно, несколь ко сложнее в эксплуатации и менее производительны вследствие необходимости в их регулировке, но зато более точны и свободны от посторонних влияний. Схема про стейшего процентного уравновешенного моста изображе-
Схема |
З н а ч е н и е тока в цепи указателя / у |
У |
, |
_ |
Но |
4 (1 + л) + е (3 + 2л) |
|
у |
Я» |
||
•* \ 1 Л * |
|
|
|
|
|
|
, |
_ ^ о |
Я, |
тП, |
у |
Л, 4 (1 + гл) + в (4 + гл) |
|
|
Чувствительность в нулевой точке 3 0
о _ Ц » |
1 |
0 Л1 4Л1(1 + л )
о _ ^ о |
1 |
0 Я, 4Я»(1 +т)
Я/АП Л \ Я ГЬ* |
|
• Ъ \ф /л4> |
у /?х 2 (1 + л) — •* |
М У К * * |
, |
_ и о |
|
|
|
в |
|
У |
Д< |
2(1 + *,) |
Е^ + И |
||||
* /-^\Г /етЛ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
I |
у |
Я, |
X |
|
|
|
|
|
* |
|||
|
V. |
|
|
|
2» + |
|
|
ря, |
2 ^2+ у |
+ ^ |
+ ■ |4+3/?+ ^ + |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
|
+»9 |
|
|
|
|
+ •* |
|
+ Р + ^ | |
|||
5 |
0 |
- |
и °- |
2Яг(1 |
1 |
|
|
Яг |
+п) |
о _ и 0 |
1 |
0 -Яг 2/?ж(1+ т )
Я - |
V |
5 ° - д Г |
х |
шкалы неуравновешенных мостов
Условная |
|
|
|
Степень неравномерности |
|
Наиболее выгод |
|
шкалы |
|||
величина |
|
|
|||
чувстви |
ное |
сопротивле |
|
|
|
тельности |
ние указателя /?у |
|
'у |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
п |
__ 1+л |
п |
п |
3 + 2п |
« у - 2 |
Ъ |
|
4(1 + п) " |
||
1 |
|
4 |
+ т |
(ш = |
п) |
4 (1 |
+ т) |
|
|
“ 2(1 + п), ®
2 |
я - |
— |
Л. |
с = |
2 |
+ т |
|
(т = п) |
|||||||
КУ ~ |
1+т |
К‘ |
|
2(1 |
+ тр |
» |
3/>»+4/7 + |
3 |
II |
2/>* + 4// + |
2 |
Характер шкалы при
п=т=р=1, 1/0= 1, Я ,= 1
ь
—1 V ' 5 /
-0,5
+0,51/у
-И г 1
-т т 7
-0,5*
+а,ь 1* .
/ |
Е- |
0 |
/ |
-0,5
Схем
^ ! Л у й'
х,+апЛ\гг1-М
Н,*-йНуА\ф,-Лй/
*)* * / \ \ ф * Д $
Значение тока о цепп указателя / у
|
|
'* = ~ 7 |
^ х |
2 ( 2+ / + Р ) + ■ (* “ |
) — ^ + ' + 7 ) |
||
|
Г _ " о |
|
|
|
5 |
* ■ « ,+ « ) — |
|
1 _ |
С/о |
|
6 |
|
|
(1 + т) -ь 6(I — /И)—е21+ Ш |
|
^ _^0 |
6 |
+ в3 |
|
У |
/?» |
2(1+/п)+е ( |+ 4т) + 2в*(ш —1) |
|
Чувствнтелыюсть в нулевой точке 5 0
5 о = 0
5о - Яг Х
Х Я, (1 + /1)
9- & . Х
х/?1(1 + т)
2х
х
х1
2«4(1+ т)
на на рис. 5-15. Первоначальная регулировка моста производится при помощи сопротивления которое в дальнейшем не меняется. При этом сопротивление г2 должно находиться на «нулевом делении», соответствую щем его среднему значению. В дальнейшем уравновеши вание моста производится при помощи сопротивления г2, а так как основное сопротивление /?2 постоянно, то г2 может быть проградуировано непосредственно в про центах от номинальной величины. Переключение сопро-
146
Условная
величина
чувствие
телыюстн
0
4
Наиболее выгод ное сопротивле* ние указателя У?у
о? II >» 0*
п _ I + « » *У - — Кг
Степень неравномерности |
Характер шкалы |
||||
|
шкалы |
|
|
||
|
/ 0 - 1 . |
|
при |
||
|
|
п=т==р=1, |
|||
0 |
= - ^ |
- |
|
а 0= 1 . /?, = 1 |
|
|
'у |
|
|
|
|
_ |
р — 1 |
|
'1/У |
||
° |
” 2 ( Я + |
1)' |
|||
|
|||||
|
Р * + Р + |
1 |
та |
|
|
2 (/»* + 2р + |
1) |
|
|||
4 |
I? - |
2т В |
с = 1 - ш < |
2ш |
1 |
Ъ / |
|
|
|||||
(щ = п) |
*У ~ |
I + от |
1+ т |
(1 + от)8 |
- 7 Г ' |
|
|
|
|
|
|
||
2 |
п _ |
а |
1 + 4пт |
/и — 1 |
, |
|
( т = п) |
ПУ ~ |
Г+1Г ** |
~ 2 (1 + от)Е+ от + 1 |
* |
* |
|
|
|
|
|
4 |
||
|
|
|
|
|
||
тивления Къ -служит для перехода на другое номиналь ное значение, если в этом есть необходимость.
Во многих случаях контрольной заводской практики нет нужды даже знать и процентное отклонение. Доста точно констатировать, что контролируемый объект на ходится -в пределах заданных допусков. Для этой цели может быть -с успехом использована еще более простая схема контрольного моста, у которого одно из плеч (лучше всего Я*) состоит из двух сопротивлений, кото-
рые могут включаться поочередно при помощи какоголибо переключающего приспособления. Сопротивления эти — переменные и должны быть отрегулированы так, чтобы мост находился в состоянии равновесия в том слу чае, когда контролируемое сопротив ление больше номинала на величину допуска (одно сопротивление и одно положение переключателя) или мень ше его на ту же величину (другое со противление и другое положение пере ключателя). В дальнейшем никаких регулировок более не требуется, и весь контроль сводится к тому, чтобы, включив испытуемый объект, просле дить за знаком отклонения гальвано метра при обоих положениях ключа.
Если направления отклонения указа теля разные, значит объект испытания находится в пределах допуска. Изменение знака откло
нения гальванометра показывает, что в одном случае
измеряемое сопротивление меньше, |
а в другом — боль |
ше допустимых крайних пределов. |
Применение такого |
моста совершенно подобно применению проходных и иепроходных калибров, широко распространенных в маши ностроении, и очень упрощает контроль готовой про дукции.
В заключение заметим, что процентные 'мосты «могут быть выполнены и 'весьма высокого класса точности, до
пускающего их |
применение для |
очень ответственных |
|
измерительных |
операций, носящих |
массовый |
характер. |
5-6. КОНСТРУКЦИИ м о с т о в п о с т о я н н о г о |
ТОКА |
||
В некоторых случаях, когда к мостовой цепи «предъ являются оообо высокие требования, она собирается из отдельных специально подобранных элементов (на пример, точных измерительных катушек сопротивления)’. Однако основное распространение в современной элек троизмерительной практике получили комплектные мосты, все элементы которых смонтированы в одном ящике.
В зависимости от гарантированной погрешности по добные мосты по стандарту (ГОСТ 7165-54 «Мосты по-
148
стояиного тока измерительные») делятся на семь клас сов—0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,5 и 5.
В основе конструкций современных мостов лежат два -возможных способа уравновешивания моста: 1) пу тем регулировки одного из сопротивлений при постоян ном отношении двух других и 2) путем -регулировки этого отношения при постоянном третьем плече. Первые называют магазинными, -вторые —линейными.
Линейные мосты (с переменным отношением плеч) в качестве основы своей конструкции имеют калиброван ный провод из сплава (высокого сопротивления, по кото рому скользит подвижный контакт. Этот провод, обычно навиваемый в -виде -спирали, в целом представляет со бой два плеча четырехплечего моста; третье плечо — это обычно -магазин со скачкообразным изменением со противления.
В качестве примера таких мостов на рис. 5-16 приведена схема многопредельного малогабаритного моста типа ММВ. Гальванометр и батарея питания встроены в схему моста. Мост имеет пять диа пазонов измерения от 0,05 до 50 000 ом; допустимая погрешность (в диапазоне от .2 до 2 000 ом) равна 5%; в более широком диапазоне частот погрешность равна 15%.
Мосты с постоянным отноше нием плеч, получившие в настоя щее время основное распростра нение, содержат высококачест венный магазин, служащий объ ектом сравнения, и два постоян ных плечевых сопротивления, отношение которых, точно заве домо известное, во время измере ния не меняется. Уравновешива
ние схемы производится при помощи изменения величи ны основного магазина сравнения. В целях расширения пределов измерения магазинные м-осты имеют не два плечевых сопротивления, а набор их, -позволяющий уста новить нужное отношение сопротивлений. Изменение этого отношения производится скачками через 10; сами же отношения кратны 10п, так что являются десятичны ми множителями для сопротивления магазина сравне ния. Магазин сравнения обычно выполняется рычажным,
а изменение оиношения сопротивлений производится <при помощи штепселей в более точных мостах или -при по мощи рычажных переключателей — в 'менее точных.
В качестве примера на рнс. 5-17 приведена схема моста МВУ-49. Рычажный магазин плеча сравнения, имеющий четыре переключате ля, содержит по 110 катушек в 1, 10 и 100 ом и 9 катушек в 1 000 ом; переключатель плеч отношения — также рычажный. В мосте вмон тированы гальванометр и батарея питания 4,5 в . Мост позволяет измерять сопротивления от 0,001 до 1 000 000 ом; класс точности 0,2 действителен в пределах измерения от ,10 до 100 000 ом. Кроме из мерения сопротивлений, мост позволяет определять характер и место повреждения в воздушных и кабельных линиях.
Конструктивное выполнение современных двойных мостов обычно таково: сопротивления Я4 и Я'а (рис. 5-5) выполняются в -виде декадных со спаренными переклю чателями рычажного типа. Сопротивления Яг и Яг' обычно переключаются при помощи штепселей. Образ цовое сопротивление ЯN — внешнее и в комплект моста, как правило, не входит.
Большинство современных двойных мостов снабже но переключающим устройством, позволяющим в случае
необходимости |
использовать их как одинарный |
мост. |
В этом случае |
двойное сопротивление .Я*—41'4 |
одной |
150
сваей половиной -выполняет роль «магазина сравнения (вторая половина не работает), а сопротивления Я3
,и |
— р0ЛЬ сопротивлений плеч отношения. |
|
По такой комбинированной схеме (выполнен, напри |
мер, мост МТВ, принципиальная схема которого приве дена на рис. 5-18. Мост содержит два пятидекадных 'ма газина У?4 и /?/ с декадами 9X1 000, 9X100, 9x10, 9X1 и 9X0,1 ом ;и два штепсельных магазина # 3 и !/?3' с со противлениями 10, 100, 1000 и 10000 ом. При измерении используется отдельный гальванометр (обычно зеркаль ный), источник питания и при измерении по схеме двой ного моста образцовая катушка
Переключение с измерения одинарным мостом иа двойной мост осуществляется перестановкой штепселя из гнезда В *в гнездо Т. Пределы измерения -мостом по заводским данным составляют от 10~5 до 105; что точ ности измерения мост относится к классу 0,05. Следует заметить, что для повышения чувствительности жела тельно по измеряемому и образцовому сопротивлениям пропускать наибольший допустимый ток, который сле дует контролировать вспомогательным амперметром.
Необходимо отметить, что измерение малых сопро тивлений можно производить и четырехплечими моста ми, если предусмотреть возможность четырехзажимного включения измеряемого сопротивления. Принципиальная схема такого -моста приведена на рис. 5-19. Вершинами