Измерительные мосты. Что такое измерительный мост и как он работает

) которых известны;

Измери́тельный мост (мост Уи́тстона , мо́стик Ви́тстона , англ. Wheatstone bridge ) - электрическая схема или устройство для измерения электрического сопротивления . Предложен в 1833 году Самуэлем Хантером Кристи (англ. Samuel Hunter Christie ) и в 1843 году усовершенствован Чарльзом Уитстоном (англ. Charles Wheatstone ) . Мост Уитстона относится к одинарным мостам в отличие от двойных мостов Томсона . Мост Уитстона - электрическое устройство, механическим аналогом которого являются аптекарские рычажные весы .

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Другая ветвь содержит элемент, сопротивление которого может регулироваться ( R 2 {\displaystyle R_{2}} ; например, реостат).

  Между ветвями (точками B и D; см. ) находится индикатор. В качестве индикатора могут применяться:

  Обычно в качестве индикатора используется гальванометр .

  Когда гальванометр показывает ноль, говорят, что наступило «равновесие моста» или «мост сбалансирован». При этом:

  R 2 R 1 = R x R 3 , {\displaystyle {\frac {R_{2}}{R_{1}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}},} R x = R 2 R 3 R 1 ; {\displaystyle R_{x}={\frac {R_{2}R_{3}}{R_{1}}};}

  Сопротивления , должны быть известны заранее.

  R x = R 2 R 3 R 1 . {\displaystyle R_{x}={\frac {R_{2}R_{3}}{R_{1}}}.}

  Вывод формулы см. ниже.

  Точность

  При плавном изменении сопротивления R 2 {\displaystyle R_{2}} гальванометр способен зафиксировать момент наступления равновесия с большой точностью. Если величины R 1 {\displaystyle R_{1}} , R 2 {\displaystyle R_{2}} и R 3 {\displaystyle R_{3}} были измерены с малой погрешностью , величина будет вычислена с большой точностью.

  В процессе измерения сопротивление R x {\displaystyle R_{x}} не должно изменяться, так как даже небольшие его изменения приведут к нарушению баланса моста.

  Недостатки

  К недостаткам предложенного способа можно отнести:

  Условие баланса моста

  Выведем формулу для расчёта сопротивления R x {\displaystyle R_{x}} .

  Первый способ

  Считается, что сопротивление гальванометра R G {\displaystyle R_{G}} мало настолько, что им можно пренебречь ( R G = 0 {\displaystyle R_{G}=0} ). То есть, можно вообразить, что точки B и D соединены (см. ).

  Применение в тензометрии

  Мост Уитстона используется для вычисления сопротивления деформирующегося элемента в составе различных тензометрических измерителей, например:

  • электронных весов (см. тензорезистор);
  • термометров сопротивления (электронных термометров ; см. терморезистор).
  Принцип работы тензометрических измерителей

  Если все сопротивления моста (см. ) равны между собой:

  R 1 = R 2 = R 3 = R x , {\displaystyle R_{1}=R_{2}=R_{3}=R_{x},}

  Измерительный мост , позволяющий определять величину неизвестного электрического сопротивления, был изобретён британским учёным Самуэлом Кристи в 1833 году, и позже модернизирован и популяризирован другим британским учёным, Чарьзом Витстоном в 1843 году.

  
  P1 - P3 - диагональ питания; P2 - P4 - измерительная диагональ моста;
  R1, R2 - левое плечо, R3, R x - правое плечо моста.

  Принцип работы

  Принцип измерения неизвестного сопротивления основан на уравнивании отношений сопротивлений в обоих плечах моста, при этом гальванометр, включённый между этими плечами, будет показывать нулевое напряжение. На рисунке R x - это неизвестное сопротивление, которое требуется измерить. R1, R2 и R3 - резисторы с известными значениями сопротивлений, причём резистор R2 переменный. Если отношение двух известных сопротивлений в плече R2/R1 равно отношению сопротивлений в плече R x /R3, то в этом случае напряжение между точками схемы P2 и P4 будет равно нулю, и через гальванометр V ток не будет течь. Если же мост разбалансирован, то отклонение гальванометра будут указывать на то, что сопротивление резистора R2 слишком большое или слишком маленькое. Переменный резистор R2 регулируют до тех пор, пока гальванометр не укажет на ноль.

  По гальванометру можно определять отсутствие тока в цепи с очень большой точностью. Следовательно, если резисторы R1, R2 и R3 - высокоточные, то неизвестное сопротивление R x может быть измерено с большой точностью. Небольшие изменения сопротивления R x разбалансируют измерительный мост, что обнаруживается по показанию гальванометра.

  При сбалансированном мосте выполняется равенство R2/R1 = R x /R3.

  Отсюда R x = R3*R2 / R1

  В случае если сопротивления R1, R2 и R3 известны, а резистор R2 - постоянный, то неизвестное сопротивление R x может быть рассчитано с помощью законов Кирхгофа. Этот метод измерения часто используется при применении измерительного моста в тензометрии, совместно с тензодатчиком, так как считать показания с гальванометра получится гораздо быстрее, чем балансировать мост переменным резистором.

  Расчёт

  Используя первый закон Кирхгофа, найдём токи, протекающие в узлах P2 и P4:

  I 3 - I x + I G = 0
  I 1 - I 2 - I G = 0

  (I 3 * R3) - (I G * R G) - (I 1 * R1) = 0
  (I x * R x) - (I 2 * R 2) + (I G * R G) = 0

  Мост сбалансирован, следовательно I G = 0, так что вторая система уравнений сократится:

  I 3 * R3 = I 1 * R1
  I x * R x = I 2 * R 2

  Решая эту систему уравнений, получим:

  R x = R2 * I 2 * I 3 * R3 / (R1 * I 1 * I x)

  Из первого закона Кирхгофа следует, что I 3 = I x и I 1 = I 2 . Следовательно величина неизвестного сопротивления R x будет определятся по формуле:

  Если известны сопротивления всех четырёх резисторов и величина питающего напряжения U пит, а сопротивление гальванометра достаточно высокое, так что током I G , протекающим через него можно пренебречь, то напряжение U между точками моста P2 и P4 может быть найдено путём расчёта каждого из делителей напряжения , вычтя затем напряжение на одном делителе из напряжения на другом делителе. В этом случае получится следующее уравнение:

  U = R x * U пит / (R3 + R x) - R2 * U пит / (R1 + R2)

  Напряжение питания U пит можно вынести за скобки, в этом случае получится выражение:

  U = (R x / (R3 + R x) - R2 / (R1 + R2)) * U пит

  Где U - напряжение в точке P2 относительно точки P4.

  Измерительный мост Уинстона иллюстрирует концепцию дифференциальных измерений, результаты которых могут быть очень точными. Различные разновидности моста Уинстона используются для измерения ёмкости , индуктивности , импеданса и других величин. Одной из разновидностей моста является мост Кельвина, специально предназначенный для измерения малых сопротивлений. Во многих случаях измерение величины неизвестного сопротивления связано с измерением некоторых физических параметров, таких как сила, температура, давление и т.д., здесь в качестве измеряемого сопротивления используется соответствующий резистивный датчик.

  Мостовые схемы используются в различных областях элек­троники для проведения измерений, для целей управления m обеспечения возможности считывания переменных. Вместе с: мостовыми схемами применяются такие чувствительные эле­менты, как гальванометры, откалиброванные измерительные-приборы и датчики, обеспечивающие в случае разбаланса зву­ковую или световую сигнализацию.

  В измерительной технике мостовые схемы используются для-определения величин сопротивлений, емкостей или индуктивно–стей, а также частоты сигнала. В системах управления мосто­вые схемы устанавливают наличие разбаланса между двумя: напряжениями, на основе чего вырабатываются сигналы кор­рекции ошибок. Мостовые схемы могут применяться в источни­ках питания, а также в некоторых схемах детектирования, как будет.показано в данной главе.

  На рис. 9.1 изображена схема мостика Уитстона. В этой схе­ме резисторы образуют плечи мостовой цепи, в диагональ, включен индикаторный прибор, а к двум другим узлам подво­дится постоянное напряжение. Такая схема может применяться с источником переменного напряжения и измерителем, работаю­щим на.переменном токе. Однако на постоянном токе можно-использовать только резистивный мостик, поскольку при нали­чии индуктивности или емкости необходим источник переменно­го напряжения.

  В схеме, показанной на рис. 9.1, a, R s является стандартным резистором, величина которого известна, a R x - резистор неиз­вестной величины. Если мост сбалансирован, величину R x мож­но определить непосредственным образом или путем сопостав­ления со стандартным резистором R s .

  Существует множество состояний равновесия мостика Уит­стона, и одно из них показано л а рис. 9.1,6. На этой схеме все резисторы имеют равную величину, поэтому между верхним и нижним зажимами измерителя нет разности потенциалов.. В этом случае стрелка гальванометра или другого индикатор­ного прибора будет находиться в положении, соответствующем! равновесию (указывает на нуль).

  На рис. 9.1, в показано другое состояние равновесия. В этой схеме сопротивления резисторов R 1 и R 2 составляют величины по 100 Ом, а сопротивления резисторов R s и R x - по 50 Ом. Вследствие равенства сопротивлений резисторов Ri и R 2 прило­женное напряжение делится между ними поровну. Аналогично этому напряжение делится поровну между резисторами R s и R x , хотя величины их сопротивлений и меньше величин сопро­тивлений двух других резисторов. Поэтому падение напряжения на R 2 равно падению напряжения на R s , и опять между верх­ним и нижним зажимами нет разности потенциалов, т. е. Мост уравновешен. В этом случае величина сопротивления R x равна 50 Ом, что соответствует величине.стандартного резистора.

  Еще одно состояние равновесия моста иллюстрируется на рис. 9.1,г. На этой схеме сопротивление резистора Ri в два раза больше сопротивления резистора R 2 , а сопротивление рези­стора R s в два раза больше сопротивления резистора R x . Вследствие равенства отношений R 2 / R x = R 1 / R s падения напря­жений на R 2 и R x одинаковы, и мост уравновешен.

  Измерительные мосты - устройства, предназначенные для измерения параметров электрической цепи (сопротивления, емкости, индуктивности и т.д.) методом сравнения. В них измеряемая величина сравнивается с эталоном. Это может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или переменном токе. В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенные в замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный мост постоянного тока, рис. 7

  Резисторы R Х, R Э1 , R Э2 и R Э3 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч - вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины называют диагоналями. Одна из диагоналей (А-C) содержит источник питания ε, а другая (В - D) - нуль-гальванометр G. В плече моста переменного тока, рис. 8, могут быть включены не только резисторы, но также конденсаторы и катушки индуктивности. В этом случае сопротивление плеч моста Z является функцией R, L и С.

  РЕГИСТРИРУЮЩИЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА.

  В научных исследованиях и производственной деятельности часто возникает необходимость автоматической регистрации измеряемых величин. Для записи разработаны регистрирующие приборы, которые служат для записи изменений измеряемой величины как функции времен. Находят также применение двух координатные самопишущие приборы, позволяющие регистрировать функциональную зависимость между двумя величинами, например, температура-время, ток-напряжение.

  Регулирующие устройства

  При электрических измерениях часто возникает необходимость изменить силу тока или перераспределить напряжение между участками цепи. Для этого используют регулирующие устройства: реостаты, автотрансформаторы, магазины и мосты сопротивлений.

  1. Реостаты . Для плавного изменения сопротивления в цепи применяются реостаты. Наиболее распространенной конструкцией реостата является движковый (ползунковый) реостат.

  В случае ”а” (рис. 9) реостатом плавно изменяют сопротивление цепи от R H (R=0, реостат выведен – скользящий контакт поставлен в положение С) до R+R H (реостат полностью введен – положение В). В результате, по закону Ома, ток меняется от
  до
  .

  В этом случае (рис. 7а) реостат является регулятором тока. В случае "б" передвижением ползунка из положения С в положение В меняется напряжение на участке CD от 0 до величины питающего цепь напряжения источника, то есть, реостат служит потенциометром. Как видно из схем, назначение потенциометра состоит в том, чтобы выделить для заданного участка цепи (например, сопротивления нагрузки R H) некоторую часть общего напряжения источника ЭДС, меняя ее в известных пределах.

  2. Магазин сопротивлений. Магазином сопротивлений (рис. 8)называется набор сопротивлений, смонтированных в одном корпусе так, чтобы можно было по желанию изменять в определенных пределах ступенями значение сопротивления, включенного в измерительную цепь.

  В декадных (курбельных) магазинах сопротивления сгруппированы десятками. В каждой такой декаде установлены катушки одинакового сопротивления по 0,1; 1, 10 Ом и т.д. Катушки в каждой декаде и декады между собой соединены последовательно. Катушки расположены полукругом и прикреплены к верхней панели корпуса. В центре полукруга смонтирована ручка с пружиной, скользящей по контактам, к которым припаяны концы катушек, рис.10. Например, так устроен магазин сопротивлений РЗЗ, состоящий из отдельных, точно подогнанных проволочных сопротивлений, позволивших устанавливать любое значение сопротивлений от 0,1 до 99999,9 Ом с интервалами в 0,1 Ом. Отсчет по прибору равен сумме произведений цифр, стоящих против указателя декады, на соответствующий множитель. Например,

  КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

  Электроизмерительные приборы классифицируются по следующим основным признакам:

  1.По принципу действия.

  

  2. По роду измеряемого тока

  Наименование
  Постоянный ток
  Переменный однофазный ток
  Постоянный и переменный ток
  Трехфазный ток

  По классу точности.

  4. По роду измеряемой величины.

  Род измеряемой величины	Название прибора	Обозначение
  Сила тока	Амперметр
  Напряжение	Вольтметр
  Мощность	Ваттметр
  	Счетчик килловат-часов
  	Частотомер
  Сопротивление
  Индуктивность	Генриметр
  	Фарадметр

  5. По степени защищенности от внешних магнитных полей и электрических полей.

  По степени защищенности от внешних магнитных полей постоянного и переменного тока (с частотой до 1 кГц тона при напряженности 400 В/м электроизмерительные приборы разделяют на категории 1 и 2. Для приборов первая категории допустимые измерения показаний составляют примерно ± 0,5%, а для приборов второй категории ± 1% и более. На приборах первой категории наносятся обозначения: при защите от внешних магнитных полей.

  6. По устойчивости к климатическим условиям.

  По устойчивости к климатическим воздействиям электроизмерительные приборы разделяются на группы:

  А - приборы, предназначенные для работы в сухих отапливаемых помещениях при температуре +10 - +35°С и относительной влажности воздуха до 80%.

  Б - приборы, предназначенные для работы в закрытых не отапливаемых помещениях при температуре -30 - +50°С и относительной влажности воздуха до 95%.

  В - приборы, предназначенные для работы в полевых и морских условиях при температуре -50 - +80°С.

  Кроме указанных выше, на шкалы приборов наносят следующие обозначения:

  1. Обозначения, состоящие из буквенного символа и числа, стоящего за буквой, например, М24. Буквенные индексы характеризует систему прибора (принцип действия), а число – завод - изготовитель или организацию, разработавшую прибор. Например:

  М - прибор магнитоэлектрической системы,

  Э -прибор электромагнитной системы

  Д - прибор электродинамической или ферромагнитной системы,

  С - прибор электростатической системы.

  2. Положение шкалы: горизонтальное

  вертикальное 

  3. Измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ

  4. Прибор испытанию прочности изоляции не подлежит.

  5. Осторожно! Прочность изоляции измерительной цепи по отношению к корпусу не соответствует нормам (знак красного цвета)

  6. Внимание! Смотри дополнительные указания в паспорте и инструкции по эксплуатации

  7. Отрицательный зажим

  8. Положительный зажим

  9. Общий зажим (для многопредельных и комбинированных приборов)

  10. Зажим переменного тока 

  11. Зажим, соединенный с корпусом

  12. Корректор

  13. Арретир Арр.

  ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ЦЕНА ДЕЛЕНИЯ

  ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

  Чувствительностью S прибора (имеющего равномерную шкалу) называется число делений шкалы N, приходящихся на единицу измеряемой величины Х, то есть
  . Например, если шкала миллиамперметра, рассчитанного на 300 mА, имеет 60 делений, что чувствительность прибора

  

  Размерность чувствительности зависит от характера измеряемой величины (например, чувствительность прибора к току, напряжений и т.д.). Величина
  , обратная чувствительности, называется ценой деления прибора, Она определяет значение электрической величины, вызывающей отклонение на одно деление. В общем случае цена деления представляет собой разность значений измеряемой величины для двух соседних отметок. Цена деления зависит от прибора; и от числа делений шкалы.

  КЛАССЫ ТОЧНОСТИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

  И ПРИБОРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ

  Важнейшей характеристикой электроизмерительного прибора является его класс точности, который определяет минимальную относительную (систематическая) погрешность прибора, выраженную и процентах. Все приборы классифицируется по 9 основным классам точности: 0,02; 0,05; 0.1; 0.2; 0.5; 1,0; 1.5; 2, 5, 4, 0. Приборы первых пяти классов вследствие высокой точности называются особо точными. Приборы остальных классов точности называются техническими. Для приборов, систематическая погрешность которых больше 4%, класс точности не устанавливается.

  По характеру градуировки шкалы прибора, они делятся на 2 типа. К первому типу относятся приборы, у которых абсолютная систематическая погрешность по всей шкале прибора постоянна, класс точности таких приборов указывается на шкале прибора в виде цифры: например, 1,0. Ко второму типу относятся приборы, у которых постоянной является относительная систематическая погрешность по всей шкале прибора. Класс точности таких приборов указывается в виде цифры, стоящей в кружочке

  Класс точности равен отношению абсолютной погрешности к предельному значению измеряемой величины Х ПР) измерения в процентах, т.е. класс точности равен

  

  Отсюда вычисляется абсолютная погрешность прибора

  

  Так, например, если измерение осуществляется миллиамперметром со шкалой 0-500 mА (Х ПР = 500 mA) класса точности 1,5, то на любой отметке шкалы миллиамперметра абсолютная погрешность прибора равна

  Зная абсолютную погрешность прибора, можно рассчитать относительную погрешность ε проведенного в данном опыте измерения. Пусть, например, в опыте рабочее значение измеряемого тока было равно I=200 mA, тогда относительная погрешность данного измерения будет равна отношению абсолютной погрешности прибора к рабочему значения измеряемого тока, т.е.

  или
  

  Для декадных магазинов сопротивлений с классом точности 0,2 погрешность не превышает
  

  где m – число декад магазина. R – значение включенного сопротивления.

  Абсолютная погрешность будет равна

  

  УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

  	Два пересекающихся повода, электрически между собой не соединенные
  	Два пересекающихся провода электрически между собой соединенные
  	Заземление
  	Переменный ток
  	Постоянный ток
  	Плавкий предохранитель
  	Электрическая лампа
  	Гальванический элемент, аккумулятор
  	Батарея гальванических элементов или аккумуляторов
  	Конденсатор постоянной емкости
  	Конденсатор переменной емкости
  	Омическое сопротивление (резистор)
  	Переменное сопротивление или реостат
  	Потенциометр
  	Вольтметр
  	Амперметр
  	Гальванометр
  	Катушка без сердечника, соленоид
  	Катушка с сердечником
  	Трансформатор
  	Электронная лампа диод
  	Полупроводниковый диод
  	Полупроводниковый триод – транзистор
  	Неоновая лампа
  	Микрофон
  	Электролитический конденсатор

  ПРАВИЛА СБОРКИ ЦЕПЕЙ

  Перед выполнением работы студент должен ознакомиться с применяемой аппаратурой и ее техническими данными. После этого приступает к сборке электрической цепи по заданным схемам. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

  1. Перед сборкой цепи все рубильники должны быть разомкнуты, реостаты поставлены на максимальное сопротивление.

  2. Сборку схемы рекомендуется производить по контурам: собирается основной контур, затем вспомогательные контуры. Источник тока не присоединяется к цепи до проверки ее преподавателем или лаборантом. Сборку схемы следует начинать от одного полюса источника питания и заканчивать около другого его полюса.

  3. Схема обязательно должна быть проверена преподавателем или лаборантом. Производить “пробные” включения, то есть, замыкать цепь на источник тока без разрешения - строго воспрещается.

  4. Любые изменения в собранной схеме производятся обязательно при выключенном источники тока. Последующее включение напряжения разрешается только после повторной проверки преподавателем или лаборантом.

  5. При выполнении работы необходимо следить за соблюдением правил техники безопасности. Категорически запрещается касаться руками проводов и зажимов, когда цепь находится под напряжением. Запрещается производить присоединение к схеме, не отключенной от источника тока.

  Перенос приборов с других рабочих столов не допускается.

  По каждой выполненной работе составляется отчет по форме.

  КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  Электрическая цепь. Из чего она состоит?

  Какими устройствами регулируется ток, напряжение?

  Как необходимо включать амперметр и вольтметр в цепь?

  Как подключить шунт к амперметру и дополнительное сопротивление к вольтметру?

  На какие группы разделяются электроизмерительные аналоговые приборы прямого преобразования?

  Источники тока.

  Устройство и принцип работы магнитоэлектрических приборов.

  Устройство и принцип работы электромагнитных приборов.

  Устройство и принцип работы цифровых измерительных приборов.

  Устройство измерительных мостов.

  Регистрирующие приборы и устройства.

  Как определить систематическую погрешность, зная класс точности.

  Как определить относительную погрешность, зная класс точности.

  Как определяется цена деления прибора

  Как определяется чувствительность прибора.

• нуль-индикатор - прибор, отклонение стрелки которого показывает наличие тока в цепи и его направление, но не величину. На шкале такого прибора отмечено только одно число - ноль;
• вольтметр ($R\_G$ принимают равным бесконечности: $R\_G\; =\; \backslash infty$);
• амперметр ($R\_G$ принимают равным нулю: $R\_G\; =\; 0$).

Обычно в качестве индикатора используется гальванометр .

Когда гальванометр показывает ноль, говорят, что наступило «равновесие моста» или «мост сбалансирован». При этом:

• отношение $R\_2\; /\; R\_1$ равно отношению $R\_x\; /\; R\_3$:
$\backslash frac\{\; R\_2\; \}\{\; R\_1\; \}\; =\; \backslash frac\{\; R\_x\; \}\{\; R\_3\; \}\; ,$

$R\_x\; =\; \backslash frac\{\; R\_2\; R\_3\; \}\{\; R\_1\; \}\; ;$

Сопротивления $R\_1$, $R\_3$ должны быть известны заранее.

2. Измеряют сопротивление $R\_2$.
2. Вычисляют искомое сопротивление $R\_x$:
$R\_x\; =\; \backslash frac\{\; R\_2\; R\_3\; \}\{\; R\_1\; \}.$

Вывод формулы см. ниже.

Точность

При плавном изменении сопротивления $R\_2$ гальванометр способен зафиксировать момент наступления равновесия с большой точностью. Если величины $R\_1$, $R\_2$ и $R\_3$ были измерены с малой погрешностью , величина $R\_x$ будет вычислена с большой точностью.

В процессе измерения сопротивление $R\_x$ не должно изменяться, так как даже небольшие его изменения приведут к нарушению баланса моста.

Недостатки

К недостаткам предложенного способа можно отнести:

• необходимость регулирования сопротивления $R\_2$. На поиски «равновесия» тратится время. Гораздо быстрее измерить несколько параметров цепи и вычислить $R\_x$ по другой формуле.

Условие баланса моста

Выведем формулу для расчёта сопротивления $R\_x$.

Первый способ

Считается, что сопротивление гальванометра $R\_G$ мало настолько, что им можно пренебречь ($R\_G\; =\; 0$). То есть, можно вообразить, что точки B и D соединены (см. ).

Применение в тензометрии

Мост Уитстона используется для вычисления сопротивления деформирующегося элемента в составе различных тензометрических измерителей, например:

• электронных весов (см. тензорезистор);
• термометров сопротивления (электронных термометров ; см. терморезистор).
Принцип работы тензометрических измерителей

Если все сопротивления моста (см. ) равны между собой:

$R\_1\; =\; R\_2\; =\; R\_3\; =\; R\_x\; ,$

Если $R\_x$ будет меняться под влиянием внешних условий (температуры , светового потока , давления и т. д.), напряжение между точками D и B тоже будет меняться. Таким образом, внешний физический фактор является входным сигналом , а $U\_\{DB\}$ - выходным. Выходной сигнал можно подавать на анализирующее устройство (например, на персональный компьютер), где специальные программы могут его анализировать (раскладывать на гармонические составляющие и т. д.).

В качестве элемента $R\_x$ может использоваться тензодатчик - «резистор », сопротивление которого изменяется при механической деформации (растяжении-сжатии , изгибе , кручении). Если концы тензодатчика жёстко закрепить в точках B и C (см. ) на какой-либо поверхности (или поверхностях), то при изменении взаимного расположения точек под влиянием внешних условий тензодатчик будет деформироваться (например, изменится его длина). При деформации изменится сопротивление тензодатчика, а, следовательно, изменится и напряжение между точками D и B. Измеряя и сохраняя величины напряжения $U\_\{DB\}$ с помощью анализирующего устройства (например, с помощью компьютера), можно строить кривую, с большой точностью соответствующую колебаниям расстояния между точками B и C. Эту кривую и соответствующий ей сигнал можно анализировать. Такой способ измерения получил название тензометрии . Изменение расстояния между точками B и C может быть измерено с точностью до долей микрометра (чувствительность прибора).

Принцип работы электрических весов Альтернативы

Помимо тензодатчиков, для измерения колебаний расстояния между двумя точками часто используют пьезоэлектрические датчики . Последние во многих сферах вытеснили тензодатчики благодаря лучшим техническим и эксплуатационным характеристикам.

Модификации

Используя мост Уитстона, можно с большой точностью измерять сопротивление .

Различные модификации моста Уитстона позволяют измерять другие физические величины:

• концентрацию газов;
• и другое.



• ММВ (измерения сопротивления проводников постоянному току);
• Р333 (измерение по схеме одинарного моста, определение места повреждения кабеля по схемам петли Муррея и Варлея);
• МО-62.

См. также

• Мост Шеринга - схема для измерения ёмкости .
• Потенциометр (англ. potentiometer ) - прибор для измерения ЭДС .
• Омметр (англ. ohmmeter ) - прибор для измерения сопротивления .
• Реохорд - устройство для измерения сопротивления и ЭДС .

Напишите отзыв о статье "Измерительный мост"

Примечания

Литература

• Панфилов В. А. Электрические измерения. - Академия, 2006.
• Электротехнический справочник. В 3-x томах / Герасимов В. Г. и др.. - 6-е издание. - М .: Энергия, 1980. - Т. 1. - 520 с.

Отрывок, характеризующий Измерительный мост

Данило не отвечал и помигал глазами.
– Уварку посылал послушать на заре, – сказал его бас после минутного молчанья, – сказывал, в отрадненский заказ перевела, там выли. (Перевела значило то, что волчица, про которую они оба знали, перешла с детьми в отрадненский лес, который был за две версты от дома и который был небольшое отъемное место.)
– А ведь ехать надо? – сказал Николай. – Приди ка ко мне с Уваркой.
– Как прикажете!
– Так погоди же кормить.
– Слушаю.
Через пять минут Данило с Уваркой стояли в большом кабинете Николая. Несмотря на то, что Данило был не велик ростом, видеть его в комнате производило впечатление подобное тому, как когда видишь лошадь или медведя на полу между мебелью и условиями людской жизни. Данило сам это чувствовал и, как обыкновенно, стоял у самой двери, стараясь говорить тише, не двигаться, чтобы не поломать как нибудь господских покоев, и стараясь поскорее всё высказать и выйти на простор, из под потолка под небо.
Окончив расспросы и выпытав сознание Данилы, что собаки ничего (Даниле и самому хотелось ехать), Николай велел седлать. Но только что Данила хотел выйти, как в комнату вошла быстрыми шагами Наташа, еще не причесанная и не одетая, в большом, нянином платке. Петя вбежал вместе с ней.
– Ты едешь? – сказала Наташа, – я так и знала! Соня говорила, что не поедете. Я знала, что нынче такой день, что нельзя не ехать.
– Едем, – неохотно отвечал Николай, которому нынче, так как он намеревался предпринять серьезную охоту, не хотелось брать Наташу и Петю. – Едем, да только за волками: тебе скучно будет.
– Ты знаешь, что это самое большое мое удовольствие, – сказала Наташа.
– Это дурно, – сам едет, велел седлать, а нам ничего не сказал.
– Тщетны россам все препоны, едем! – прокричал Петя.
– Да ведь тебе и нельзя: маменька сказала, что тебе нельзя, – сказал Николай, обращаясь к Наташе.
– Нет, я поеду, непременно поеду, – сказала решительно Наташа. – Данила, вели нам седлать, и Михайла чтоб выезжал с моей сворой, – обратилась она к ловчему.
И так то быть в комнате Даниле казалось неприлично и тяжело, но иметь какое нибудь дело с барышней – для него казалось невозможным. Он опустил глаза и поспешил выйти, как будто до него это не касалось, стараясь как нибудь нечаянно не повредить барышне.

Старый граф, всегда державший огромную охоту, теперь же передавший всю охоту в ведение сына, в этот день, 15 го сентября, развеселившись, собрался сам тоже выехать.
Через час вся охота была у крыльца. Николай с строгим и серьезным видом, показывавшим, что некогда теперь заниматься пустяками, прошел мимо Наташи и Пети, которые что то рассказывали ему. Он осмотрел все части охоты, послал вперед стаю и охотников в заезд, сел на своего рыжего донца и, подсвистывая собак своей своры, тронулся через гумно в поле, ведущее к отрадненскому заказу. Лошадь старого графа, игреневого меренка, называемого Вифлянкой, вел графский стремянной; сам же он должен был прямо выехать в дрожечках на оставленный ему лаз.
Всех гончих выведено было 54 собаки, под которыми, доезжачими и выжлятниками, выехало 6 человек. Борзятников кроме господ было 8 человек, за которыми рыскало более 40 борзых, так что с господскими сворами выехало в поле около 130 ти собак и 20 ти конных охотников.
Каждая собака знала хозяина и кличку. Каждый охотник знал свое дело, место и назначение. Как только вышли за ограду, все без шуму и разговоров равномерно и спокойно растянулись по дороге и полю, ведшими к отрадненскому лесу.
Как по пушному ковру шли по полю лошади, изредка шлепая по лужам, когда переходили через дороги. Туманное небо продолжало незаметно и равномерно спускаться на землю; в воздухе было тихо, тепло, беззвучно. Изредка слышались то подсвистыванье охотника, то храп лошади, то удар арапником или взвизг собаки, не шедшей на своем месте.
Отъехав с версту, навстречу Ростовской охоте из тумана показалось еще пять всадников с собаками. Впереди ехал свежий, красивый старик с большими седыми усами.
– Здравствуйте, дядюшка, – сказал Николай, когда старик подъехал к нему.
– Чистое дело марш!… Так и знал, – заговорил дядюшка (это был дальний родственник, небогатый сосед Ростовых), – так и знал, что не вытерпишь, и хорошо, что едешь. Чистое дело марш! (Это была любимая поговорка дядюшки.) – Бери заказ сейчас, а то мой Гирчик донес, что Илагины с охотой в Корниках стоят; они у тебя – чистое дело марш! – под носом выводок возьмут.
– Туда и иду. Что же, свалить стаи? – спросил Николай, – свалить…
Гончих соединили в одну стаю, и дядюшка с Николаем поехали рядом. Наташа, закутанная платками, из под которых виднелось оживленное с блестящими глазами лицо, подскакала к ним, сопутствуемая не отстававшими от нее Петей и Михайлой охотником и берейтором, который был приставлен нянькой при ней. Петя чему то смеялся и бил, и дергал свою лошадь. Наташа ловко и уверенно сидела на своем вороном Арабчике и верной рукой, без усилия, осадила его.
Дядюшка неодобрительно оглянулся на Петю и Наташу. Он не любил соединять баловство с серьезным делом охоты.
– Здравствуйте, дядюшка, и мы едем! – прокричал Петя.
– Здравствуйте то здравствуйте, да собак не передавите, – строго сказал дядюшка.
– Николенька, какая прелестная собака, Трунила! он узнал меня, – сказала Наташа про свою любимую гончую собаку.
«Трунила, во первых, не собака, а выжлец», подумал Николай и строго взглянул на сестру, стараясь ей дать почувствовать то расстояние, которое должно было их разделять в эту минуту. Наташа поняла это.
– Вы, дядюшка, не думайте, чтобы мы помешали кому нибудь, – сказала Наташа. Мы станем на своем месте и не пошевелимся.
– И хорошее дело, графинечка, – сказал дядюшка. – Только с лошади то не упадите, – прибавил он: – а то – чистое дело марш! – не на чем держаться то.
Остров отрадненского заказа виднелся саженях во ста, и доезжачие подходили к нему. Ростов, решив окончательно с дядюшкой, откуда бросать гончих и указав Наташе место, где ей стоять и где никак ничего не могло побежать, направился в заезд над оврагом.
– Ну, племянничек, на матерого становишься, – сказал дядюшка: чур не гладить (протравить).
– Как придется, отвечал Ростов. – Карай, фюит! – крикнул он, отвечая этим призывом на слова дядюшки. Карай был старый и уродливый, бурдастый кобель, известный тем, что он в одиночку бирал матерого волка. Все стали по местам.
Старый граф, зная охотничью горячность сына, поторопился не опоздать, и еще не успели доезжачие подъехать к месту, как Илья Андреич, веселый, румяный, с трясущимися щеками, на своих вороненьких подкатил по зеленям к оставленному ему лазу и, расправив шубку и надев охотничьи снаряды, влез на свою гладкую, сытую, смирную и добрую, поседевшую как и он, Вифлянку. Лошадей с дрожками отослали. Граф Илья Андреич, хотя и не охотник по душе, но знавший твердо охотничьи законы, въехал в опушку кустов, от которых он стоял, разобрал поводья, оправился на седле и, чувствуя себя готовым, оглянулся улыбаясь.
Подле него стоял его камердинер, старинный, но отяжелевший ездок, Семен Чекмарь. Чекмарь держал на своре трех лихих, но также зажиревших, как хозяин и лошадь, – волкодавов. Две собаки, умные, старые, улеглись без свор. Шагов на сто подальше в опушке стоял другой стремянной графа, Митька, отчаянный ездок и страстный охотник. Граф по старинной привычке выпил перед охотой серебряную чарку охотничьей запеканочки, закусил и запил полубутылкой своего любимого бордо.
Илья Андреич был немножко красен от вина и езды; глаза его, подернутые влагой, особенно блестели, и он, укутанный в шубку, сидя на седле, имел вид ребенка, которого собрали гулять. Худой, со втянутыми щеками Чекмарь, устроившись с своими делами, поглядывал на барина, с которым он жил 30 лет душа в душу, и, понимая его приятное расположение духа, ждал приятного разговора. Еще третье лицо подъехало осторожно (видно, уже оно было учено) из за леса и остановилось позади графа. Лицо это был старик в седой бороде, в женском капоте и высоком колпаке. Это был шут Настасья Ивановна.
– Ну, Настасья Ивановна, – подмигивая ему, шопотом сказал граф, – ты только оттопай зверя, тебе Данило задаст.
– Я сам… с усам, – сказал Настасья Ивановна.
– Шшшш! – зашикал граф и обратился к Семену.
– Наталью Ильиничну видел? – спросил он у Семена. – Где она?
– Они с Петром Ильичем от Жаровых бурьяно встали, – отвечал Семен улыбаясь. – Тоже дамы, а охоту большую имеют.
– А ты удивляешься, Семен, как она ездит… а? – сказал граф, хоть бы мужчине в пору!
– Как не дивиться? Смело, ловко.
– А Николаша где? Над Лядовским верхом что ль? – всё шопотом спрашивал граф.
– Так точно с. Уж они знают, где стать. Так тонко езду знают, что мы с Данилой другой раз диву даемся, – говорил Семен, зная, чем угодить барину.
– Хорошо ездит, а? А на коне то каков, а?
– Картину писать! Как намеднись из Заварзинских бурьянов помкнули лису. Они перескакивать стали, от уймища, страсть – лошадь тысяча рублей, а седоку цены нет. Да уж такого молодца поискать!
– Поискать… – повторил граф, видимо сожалея, что кончилась так скоро речь Семена. – Поискать? – сказал он, отворачивая полы шубки и доставая табакерку.
– Намедни как от обедни во всей регалии вышли, так Михаил то Сидорыч… – Семен не договорил, услыхав ясно раздававшийся в тихом воздухе гон с подвыванием не более двух или трех гончих. Он, наклонив голову, прислушался и молча погрозился барину. – На выводок натекли… – прошептал он, прямо на Лядовской повели.
Граф, забыв стереть улыбку с лица, смотрел перед собой вдаль по перемычке и, не нюхая, держал в руке табакерку. Вслед за лаем собак послышался голос по волку, поданный в басистый рог Данилы; стая присоединилась к первым трем собакам и слышно было, как заревели с заливом голоса гончих, с тем особенным подвыванием, которое служило признаком гона по волку. Доезжачие уже не порскали, а улюлюкали, и из за всех голосов выступал голос Данилы, то басистый, то пронзительно тонкий. Голос Данилы, казалось, наполнял весь лес, выходил из за леса и звучал далеко в поле.
Прислушавшись несколько секунд молча, граф и его стремянной убедились, что гончие разбились на две стаи: одна большая, ревевшая особенно горячо, стала удаляться, другая часть стаи понеслась вдоль по лесу мимо графа, и при этой стае было слышно улюлюканье Данилы. Оба эти гона сливались, переливались, но оба удалялись. Семен вздохнул и нагнулся, чтоб оправить сворку, в которой запутался молодой кобель; граф тоже вздохнул и, заметив в своей руке табакерку, открыл ее и достал щепоть. «Назад!» крикнул Семен на кобеля, который выступил за опушку. Граф вздрогнул и уронил табакерку. Настасья Ивановна слез и стал поднимать ее.
Граф и Семен смотрели на него. Вдруг, как это часто бывает, звук гона мгновенно приблизился, как будто вот, вот перед ними самими были лающие рты собак и улюлюканье Данилы.
Граф оглянулся и направо увидал Митьку, который выкатывавшимися глазами смотрел на графа и, подняв шапку, указывал ему вперед, на другую сторону.
– Береги! – закричал он таким голосом, что видно было, что это слово давно уже мучительно просилось у него наружу. И поскакал, выпустив собак, по направлению к графу.
Граф и Семен выскакали из опушки и налево от себя увидали волка, который, мягко переваливаясь, тихим скоком подскакивал левее их к той самой опушке, у которой они стояли. Злобные собаки визгнули и, сорвавшись со свор, понеслись к волку мимо ног лошадей.
Волк приостановил бег, неловко, как больной жабой, повернул свою лобастую голову к собакам, и также мягко переваливаясь прыгнул раз, другой и, мотнув поленом (хвостом), скрылся в опушку. В ту же минуту из противоположной опушки с ревом, похожим на плач, растерянно выскочила одна, другая, третья гончая, и вся стая понеслась по полю, по тому самому месту, где пролез (пробежал) волк. Вслед за гончими расступились кусты орешника и показалась бурая, почерневшая от поту лошадь Данилы. На длинной спине ее комочком, валясь вперед, сидел Данила без шапки с седыми, встрепанными волосами над красным, потным лицом.
– Улюлюлю, улюлю!… – кричал он. Когда он увидал графа, в глазах его сверкнула молния.
– Ж… – крикнул он, грозясь поднятым арапником на графа.
– Про…ли волка то!… охотники! – И как бы не удостоивая сконфуженного, испуганного графа дальнейшим разговором, он со всей злобой, приготовленной на графа, ударил по ввалившимся мокрым бокам бурого мерина и понесся за гончими. Граф, как наказанный, стоял оглядываясь и стараясь улыбкой вызвать в Семене сожаление к своему положению. Но Семена уже не было: он, в объезд по кустам, заскакивал волка от засеки. С двух сторон также перескакивали зверя борзятники. Но волк пошел кустами и ни один охотник не перехватил его.

Николай Ростов между тем стоял на своем месте, ожидая зверя. По приближению и отдалению гона, по звукам голосов известных ему собак, по приближению, отдалению и возвышению голосов доезжачих, он чувствовал то, что совершалось в острове. Он знал, что в острове были прибылые (молодые) и матерые (старые) волки; он знал, что гончие разбились на две стаи, что где нибудь травили, и что что нибудь случилось неблагополучное. Он всякую секунду на свою сторону ждал зверя. Он делал тысячи различных предположений о том, как и с какой стороны побежит зверь и как он будет травить его. Надежда сменялась отчаянием. Несколько раз он обращался к Богу с мольбою о том, чтобы волк вышел на него; он молился с тем страстным и совестливым чувством, с которым молятся люди в минуты сильного волнения, зависящего от ничтожной причины. «Ну, что Тебе стоит, говорил он Богу, – сделать это для меня! Знаю, что Ты велик, и что грех Тебя просить об этом; но ради Бога сделай, чтобы на меня вылез матерый, и чтобы Карай, на глазах „дядюшки“, который вон оттуда смотрит, влепился ему мертвой хваткой в горло». Тысячу раз в эти полчаса упорным, напряженным и беспокойным взглядом окидывал Ростов опушку лесов с двумя редкими дубами над осиновым подседом, и овраг с измытым краем, и шапку дядюшки, чуть видневшегося из за куста направо.
«Нет, не будет этого счастья, думал Ростов, а что бы стоило! Не будет! Мне всегда, и в картах, и на войне, во всем несчастье». Аустерлиц и Долохов ярко, но быстро сменяясь, мелькали в его воображении. «Только один раз бы в жизни затравить матерого волка, больше я не желаю!» думал он, напрягая слух и зрение, оглядываясь налево и опять направо и прислушиваясь к малейшим оттенкам звуков гона. Он взглянул опять направо и увидал, что по пустынному полю навстречу к нему бежало что то. «Нет, это не может быть!» подумал Ростов, тяжело вздыхая, как вздыхает человек при совершении того, что было долго ожидаемо им. Совершилось величайшее счастье – и так просто, без шума, без блеска, без ознаменования. Ростов не верил своим глазам и сомнение это продолжалось более секунды. Волк бежал вперед и перепрыгнул тяжело рытвину, которая была на его дороге. Это был старый зверь, с седою спиной и с наеденным красноватым брюхом. Он бежал не торопливо, очевидно убежденный, что никто не видит его. Ростов не дыша оглянулся на собак. Они лежали, стояли, не видя волка и ничего не понимая. Старый Карай, завернув голову и оскалив желтые зубы, сердито отыскивая блоху, щелкал ими на задних ляжках.
– Улюлюлю! – шопотом, оттопыривая губы, проговорил Ростов. Собаки, дрогнув железками, вскочили, насторожив уши. Карай почесал свою ляжку и встал, насторожив уши и слегка мотнул хвостом, на котором висели войлоки шерсти.
– Пускать – не пускать? – говорил сам себе Николай в то время как волк подвигался к нему, отделяясь от леса. Вдруг вся физиономия волка изменилась; он вздрогнул, увидав еще вероятно никогда не виданные им человеческие глаза, устремленные на него, и слегка поворотив к охотнику голову, остановился – назад или вперед? Э! всё равно, вперед!… видно, – как будто сказал он сам себе, и пустился вперед, уже не оглядываясь, мягким, редким, вольным, но решительным скоком.
– Улюлю!… – не своим голосом закричал Николай, и сама собою стремглав понеслась его добрая лошадь под гору, перескакивая через водомоины в поперечь волку; и еще быстрее, обогнав ее, понеслись собаки. Николай не слыхал своего крика, не чувствовал того, что он скачет, не видал ни собак, ни места, по которому он скачет; он видел только волка, который, усилив свой бег, скакал, не переменяя направления, по лощине. Первая показалась вблизи зверя чернопегая, широкозадая Милка и стала приближаться к зверю. Ближе, ближе… вот она приспела к нему. Но волк чуть покосился на нее, и вместо того, чтобы наддать, как она это всегда делала, Милка вдруг, подняв хвост, стала упираться на передние ноги.
– Улюлюлюлю! – кричал Николай.
Красный Любим выскочил из за Милки, стремительно бросился на волка и схватил его за гачи (ляжки задних ног), но в ту ж секунду испуганно перескочил на другую сторону. Волк присел, щелкнул зубами и опять поднялся и поскакал вперед, провожаемый на аршин расстояния всеми собаками, не приближавшимися к нему.