Wie werden Gleichstrommessbrücken aufgebaut und betrieben?

Das Gerät von einzelnen Messbrücken für Gleichstrom

Ein einzelner Gleichstrom besteht aus drei Probewiderständen (meist einstellbar) R1, R2, R3 (Abb. 1, a), die in Reihe mit dem gemessenen Widerstand Rx in der Brückenschaltung geschaltet sind.

Eine der Diagonalen dieses Stromkreises wird von der EMF-Quelle GB mit Strom versorgt, und ein hochempfindliches Galvanometer RA ist über den Schalter SA1 und den Begrenzungswiderstand Ro mit der anderen Diagonale verbunden.

Reis. 1. Schemata einzelner Gleichstrommessbrücken: a – allgemein; b – mit einer sanften Änderung des Armverhältnisses und einer starken Änderung des Vergleichsarms.

Das Schema funktioniert wie folgt. Wenn Strom über die Widerstände Rx, Rl, R2, R3 zugeführt wird, verursachen die Ströme I1 und I2… einen Spannungsabfall an den Widerständen Uab, Ubc, Uad und Udc.

Wenn diese Spannungsabfälle unterschiedlich sind, sind die Potentiale an den Punkten φa, φb und φc nicht gleich.Wenn Sie also das Galvanometer mit dem Schalter SA1 einschalten, ist ein Strom gleich Azr = (φb — φd) / Po.

Die Aufgabe des Messgeräts besteht darin, die Brücke auszubalancieren, also die Potentiale der Punkte φb und φd gleich zu machen, also den Galvanometerstrom auf Null zu reduzieren.

Dazu beginnen sie, die Widerstandswerte der Widerstände R1, R2 und R3 zu ändern, bis der Galvanometerstrom Null wird.

Bei Azr = 0 kann argumentiert werden, dass φb = φd... Dies ist nur möglich, wenn die Spannung abfällt Uab — Uad und Typ BC. = Udc.

Ersetzen Sie in diese Ausdrücke die Spannungsabfallwerte Uad =I2R3, Ubc = I1R1, Udc = I2R2 und Uab = I1Rx, erhalten wir zwei Gleichheiten: I1Rx = I2R3, I1R1 = I2R2

Wenn wir die erste Gleichheit durch die zweite dividieren, erhalten wir RHC / R1 = R3 / R2 oder RNS R2 = R1 R3

Die letzte Gleichheit ist die Ausgleichsbedingung eines Einzelbrücken-Gleichstroms.

Daraus folgt, dass die Brücke im Gleichgewicht ist, wenn die Produkte der Widerstände der gegenüberliegenden Arme gleich sind. Daher wird der gemessene Widerstand durch die Formel Rx = R1R3 / R2 bestimmt

Bei echten Einheitsbrücken entweder der Widerstandswert des Widerstands R1 (der sogenannte Komparatorarm) oder das Verhältnis der Widerstände R3/R2.

Es gibt Messbrücken, bei denen sich nur der Widerstand des Referenzarms ändert und das Verhältnis R3 / R2 konstant bleibt. Umgekehrt ändert sich nur das Verhältnis R3/R2, während der Widerstand des Vergleichsarms konstant bleibt.

Am weitesten verbreitet sind die Messbrücken, bei denen sich der Widerstand R1 stufenlos ändert und sich mit Sprüngen, meist Vielfache von 10, das Verhältnis R3/R2 ändert (Abb. 1, b), beispielsweise bei den gängigen Messbrücken P333.

Reis. 2.Gleichstrommessbrücke P333

Jede Messbrücke zeichnet sich durch einen Widerstandsmessbereich von Rmin bis Rmax aus. Ein wichtiger Parameter der Brücke ist ihre Empfindlichkeit. Sm = SGСcx, wobei Sg =da /dIg die Empfindlichkeit des Galvanometers ist, Scx =dIG/dR – Empfindlichkeit des Stromkreises.

Wenn wir Sg und Scx in Sm einsetzen, erhalten wir Sm = da/dR.

Manchmal wird das Konzept der relativen Empfindlichkeit der Messbrücke verwendet:

Cm= da/ (dR / R).

wobei dR / R die relative Widerstandsänderung im gemessenen Arm ist, da der Ablenkungswinkel der Galvanometernadel.

Je nach Bauart unterscheidet man zwischen Lager- und Linearmessbrücken.

Bei der Werkstattmessbrücke sind die Armwiderstände in Form eines Steckers oder Hebels, mehrwertige Maße des elektrischen Widerstands (Widerstände), ausgeführt, bei Rekordbrücken ist der Vergleichsarm in Form eines Ladenwiderstands ausgeführt, und die Ablenkarme haben die Form eines Widerstands, der durch einen Schieber in zwei verstellbare Teile getrennt ist.

Zulässiger Fehler, einzelne Messbrücken für Gleichstrom haben eine Genauigkeitsklasse: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Der Zahlenwert der Genauigkeitsklasse entspricht dem größten zulässigen Wert des relativen Fehlers.

Der Fehler einer einzelnen Gleichstrombrücke hängt vom Grad der Vergleichbarkeit der Widerstände der Verbindungsdrähte und Kontakte mit dem gemessenen Widerstand ab. Je kleiner der gemessene Widerstand ist, desto größer ist der Fehler. Daher werden Doppel-Gleichstrombrücken zur Messung niedriger Widerstände verwendet.

DC-Doppelbrückengerät

Die Arme der doppelten (sechsarmigen) Messbrücke sind der gemessene Widerstand Rx (sie sind mit vier Klemmen ausgestattet, um den Einfluss von Kontaktwiderständen zu reduzieren und werden durch ein spezielles Gerät mit vier Klemmen an das Netzwerk angeschlossen), ein Beispielwiderstand Ro und zwei Paare von Hilfswiderständen Rl, R2, R3, R4.

Reis. 3 Schema einer Dual-Mess-DC-Brücke

Das Gleichgewicht der Brücke wird durch die Formel bestimmt:

Rx = Ro NS (R1 / R2) — (r R3 / (r + R3 + R4)) NS (R1 / R2 — R4 / R3)

Dies zeigt, dass, wenn zwei Armverhältnisse R1/R2 und R4/R3 gleich sind, der Subtrahierte Null ist.

Trotz der Tatsache, dass die Widerstände R1 und R4, die den Schieber D bewegen, gleich eingestellt sind, ist dies aufgrund der Streuung der Parameter der Widerstände R2 und R4 sehr schwierig zu erreichen.

Um den Messfehler zu reduzieren, sollte der Widerstand der Brücke, die den Referenzwiderstand Ro und den gemessenen Widerstand Rx verbindet, so klein wie möglich gewählt werden. Normalerweise ist am Gerät ein spezieller kalibrierter Widerstand angebracht. r… Dann wird der subtrahierte Ausdruck praktisch Null.

Der Wert des gemessenen Widerstands lässt sich nach der Formel Rx = Ro R1/R2 ermitteln

Doppelte DC-Messbrücken sind nur für den Betrieb mit variablen Armverhältnissen ausgelegt. Die Empfindlichkeit der Doppelbrücke hängt von der Empfindlichkeit des Nullzeigers, den Parametern der Brückenschaltung und der Höhe des Betriebsstroms ab. Mit zunehmendem Betriebsstrom steigt die Empfindlichkeit.

Am gebräuchlichsten sind kombinierte DC-Messbrücken, die für den Einsatz in Einzel- und Doppelbrückensystemen konzipiert sind.