Введение и классификация измерительных мостов
Измерительные мосты представляют собой ключевые приборы, широко используемые в различных отраслях российской промышленности, особенно в электротехнике и радиоэлектронике. Еще в 1970-х годах была сформирована классификация, включающая множество типов мостов, таких как уравновешиваемый, постоянного и переменного тока, полного сопротивления, частоты, индуктивности, емкостный, декадный, для измерения нелинейных искажений, мост Нернста—Хагена, неуравновешенный и реохордный.
Принцип работы и основные типы мостов
Уравновешиваемый мост — это схема из четырех сопротивлений (плеч). Его работа основана на балансировке: изменяя одно из плеч, добиваются нулевого показания на выходе, что фиксируется нуль-органом. Условия равновесия зависят от конкретной схемы.
Мост постоянного тока применяется для измерения величин, которые можно преобразовать в изменение сопротивления, и активно используется в измерительной и управляющей технике.
Мост полного сопротивления работает на переменном токе и служит для измерения импеданса. В зависимости от характера реактивной составляющей, они делятся на емкостные и индуктивные. Универсальные мосты для измерения различных компонентов также часто относят к этой категории.
Специализированные измерительные мосты
Мост для измерения частоты (например, мост Вина—Робинсона или резонансный) уравновешивается, когда частота источника совпадает с собственной частотой мостовой схемы.
Индуктивные и емкостные мосты предназначены для измерения, соответственно, индуктивности (и связанных параметров, как добротность) и емкости (включая коэффициент потерь конденсаторов).
Мост переменного тока (например, мост Вина) позволяет измерять сопротивление, частоту или искажения. Рабочая частота может варьироваться от 50 Гц до 5 кГц. Для борьбы с паразитными связями на высоких частотах применяют экранирование, специальные кабели и качественную изоляцию.
Особые конструкции и методы измерений
Декадный мост отличается тем, что отношение его плеч фиксировано, а уравновешивание достигается регулировкой образцового сопротивления, часто выполненного в виде декад, что позволяет считывать результат в цифровом виде.
Мост для измерения нелинейных искажений определяет коэффициент гармоник. Схема балансируется по основной гармонике, а напряжение высших гармоник создает рассогласование, по величине которого и вычисляется искажение.
Мост Нернста—Хагена предназначен для измерения сопротивления гальванических элементов. Равновесие, при котором ток на выходе отсутствует, достигается регулировкой переменного резистора.
Неуравновешенный (рассогласованный) мост используется для точной индикации малых отклонений сопротивления от номинала. Он находит применение в измерениях неэлектрических величин, преобразуемых в изменение сопротивления. Индикатор такого моста градуируется непосредственно в единицах измеряемой величины.
Реохордный мост содержит постоянное образцовое сопротивление и реохорд (однородный проводник с подвижным контактом). Положение контакта определяет отношение плеч, а неизвестное сопротивление вычисляется как произведение этого отношения на образцовое.
Измерительные преобразователи: виды и применение
Измерительные преобразователи, также широко применяемые в промышленности, подразделяются на аналоговые, функциональные и цифровые. Особую группу составляют первичные преобразователи, которые являются первым звеном в измерительной цепи:
- Электродинамический: преобразует ускорение в напряжение, используется в системах автоматизации машиностроения.
- Пьезоэлектрический: преобразует усилие в напряжение на основе пьезоэффекта, эффективен для динамических измерений.
- Омический (резистивный): преобразует перемещение в изменение сопротивления. При высоких требованиях используются тензометрические варианты.
- Емкостный: измеряет перемещение через изменение емкости конденсатора, часто выполняется по дифференциальной схеме.
- Индуктивный: работает на основе изменения индуктивности катушки при смещении якоря.
- Термоэлектрический: включает термопары и термисторы для измерения температуры и широко используется в автоматизированных системах управления.
Эти устройства образуют основу современных систем контроля и управления в российском промышленно-хозяйственном комплексе.