Измерительные цепи в виде неравновесных мостов

Основная идея построения неравновесных мостов состоит в исходной компенсации начального значения выходного сигнала, чтобы при X = 0 он был равен 0. Для этого к делителю Rl5 R2 (рис. 2.3), содержащему преобразователь R2, добавляется ещё один делитель R3, R4 с тем, чтобы напряжение на нагрузке RH и ток /н через неё при X = 0 отсутствовали. При отклонении X от нуля и R1 = R0 ± AR мост выходит из состояния равновесия, вследствие чего /н =/1(х) и UH =/2(х). Такую структуру измерительной цепи имеют не только электрические, но и магнитные, оптические и другие мосты, где подобная ситуация создаётся не для электрических токов, а магнитных, световых и других потоков.

Измерительные цепи в виде неравновесных мостов постоянного тока

Рис. 2.3. Измерительные цепи в виде неравновесных мостов постоянного тока

Цепь неравновесного моста имеет больше возможностей, чем цепь в виде делителя, так как параметрические преобразователи могут быть включены в качестве одного (рис. 2.3 а), двух (рис. 2.3 б, в) или всех четырёх (рис. 2.3 г) плеч моста. Для уяснения этих возможностей рассмотрим свойства мостовых неравновесных цепей.

Состояние равновесия, то есть состояние, когда 1Н = 0, устанавливается перед началом измерений при X = 0. Условием достижения равно- R R

весия является — - — или R? • Ro = Ri • R4.

R R3

Выходной ток мостовой цепи определяется выражением:

где Е — напряжение питания моста или где 1Е — ток питания моста.

Функция преобразования неравновесного моста с дифференциальным преобразователем (рис. 2.3 б) при условии, что в состоянии равновесия сопротивления всех плеч равны R0, при заданном напряжении питания Е = const определяется выражением:

Линейность функции преобразования соблюдается (так же, как и для цепи в виде делителя) лишь при Кн = со.

Если задан ток питания моста I = const, то функция преобразования линейна при любых RH и определяется выражением:

Функция преобразования моста с дифференциальным преобразователем, включённым в плечи R1 и R3 (рис. 2.3 в) в режиме заданного напряжения питания Е = const, принципиально нелинейна при любых Ян:

а в режиме заданного тока питания IE = const линейна лишь при Яи —> со;

Чувствительность мостовой цепи по напряжению при малых изменениях сопротивлений плеч (е = AR / R «: 1) можно считать постоянной.

Выходное напряжение для равновесного моста при RH » R0 определяется следующими формулами: для моста с одним рабочим плечом (рис. 2.3 а) при питании заданным напряжением UHl = (1/4)Ее или при питании заданным током UHl = (1/2)IeR0e; для моста с двумя рабочими плечами (рис. 2.3 бив) Uh2 = (1/2 )Ее или Uh2 = (1/2 )IeR0e; для моста с четырьмя рабочими плечами (рис. 2.3 г) 1/н4 = (1/2)Ее или Uh4 = (1/2) IeRe. Максимальная мощность в нагрузке достигается при согласовании её сопротивления с выходным сопротивлением моста, т. е. RH = Яг. Выходное сопротивление моста при питании его от источника напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением определяется формулой

Для равноплечевого (Pj = R2 = R3 = R4 = R0) моста Rt = R0.

Напряжение источника питания определяется исходя из допустимой мощности преобразователя как:

Е - 2^РДОПР0 — для последовательно-симметричного моста (Рг = R2, Р3 = Р4) иР = %доп(Л/Р^ + ^2/^о) — для параллельно-симметричного моста (Р2 = Р4, R-i = К3).

На рисунке 2.4. представлена схема неравновесного моста, которая питается от источника тока, выполненного на операционном усилителе DA1.

Схема неравновесного моста, питающегося от источника тока

Рис. 2.4. Схема неравновесного моста, питающегося от источника тока

Здесь Ua = Uon при любых Rx, следовательно, учитываются основные свойства операционного усилителя:

Напряжение в точке с и напряжение в точке b определяются по закону Ома:

Напряжение на выходе моста UBblx = Ub - Ua. При R^^ = R2 = R3 = R имеем

откуда

Таким образом, функция преобразования такого неуравновешенного моста линейна.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >