Измервателни уреди в електрически измервания, стр. 20
За мостове, предназначени за измерване на импеданси, параметърът на мостаFобикновено е комплексна стойност. На фиг. 3.34 Чувствителността на мостаSBе показана като функция отF.АкоFе положителна и реална стойност, тогаваSBима максимум приF=1, равен наVS/4.Чувствителността на мост на Уитстон, например, е максимална, ако съпротивленията на двойка резистори, разположени на мостова верига над нулевия детектор и съпротивленията на двойка резистори под нулевия детектор са еднакви (съвпадение по двойки). Чувствителността на моста има полюс приF=-1.
Ориз. 3.33. Схематично представяне на измервателния мост като четириполюсник.
Често чувствителността на моста може да се увеличи чрез размяна на детектора и източника на напрежение, управляващ моста. Най-общо казано, детекторът трябва да бъде свързан между точката, където са свързани двата елемента с най-висок импеданс, и точката, където са свързани елементите с най-нисък импеданс. Тогава източникът на възбуждащо напрежение се включва между останалите две точки.
Очевидно чувствителността на напрежението на моста намалява с намаляване на вътрешното съпротивление на нулевия детектор, тъй като мостът е натоварен в по-голяма степен.
Също така е ясно, че чувствителността на моста може да се увеличи чрез увеличаване на захранващото напрежениеVS. СтойносттаVSе ограничена само от максимално допустимото разсейване на мощност в елементите на моста (както и от максималната температура на елементите, която все още няма твърде голям ефект върху техните импеданси).
Ако импедансите на моста са сложни, т.е
(i=1,2,3,4),
представени като две съотношения:условия за амплитуден баланс
иусловия за фазов баланс
.
Ориз. 3.34. Зависимост на абсолютната стойност на чувствителността на мостаSBот комплексния параметър на мостаF.
Условието за фазов баланс веднага показва дали мостът наистина може да бъде балансиран или не. Например, индуктивността може да бъде измерена само с помощта на един или повече други индуктори или кондензатори и не може да бъде измерена само с помощта на резистори. Като цяло трябва да настроим двата елемента на моста, така че да задоволим както условието за амплитуден баланс, така и условието за фазов баланс. Ако всички елементи на моста са идеални резистори, кондензатори или индуктори, тогава сложното условие за баланс се свежда само до съотношението на амплитудите. Например, за мост на Уитстон, проектиран да измерва съпротивлението, остава само условието за баланс на амплитудата:R1R3=R2R4. Само един от тези елементи трябва да може да се персонализира.
Точността на измерване на мост се определя почти изключително от точността, с която са известни импедансите, включени в моста, тъй като неизвестният импеданс се изразява чрез три други импеданса. За да се подобри точността, променливите импеданси често се настройват само дискретно.
За да се постигне необходимата точност, разделителната способност, с която се възстановяват мостовите елементи, трябва да бъде много висока. В допълнение, нулевият детектор трябва да е достатъчно чувствителен, за да може да открие промяна в мостовия елемент, когато е настроен на най-малката стъпка.
Точността също може да пострада значително поради паразитни импеданси, свързани директно с мостовите елементи или с други компоненти на веригата. Паразитните импеданси на веригата са резултат от паразитнивръзки както между елементите, които изграждат моста, така и между елементите на моста и земята. Тези импеданси могат да бъдат открити и след това елиминирани чрез правилно заземяване и екраниране на моста. Паразитните импеданси се причиняват от несъвършенства в мостовите елементи, като например наличието на съпротивление на загуби, индуктивност на проводника и т.н. Големината на тези импеданси се определя главно от конструкцията на мостовите елементи.
Ориз. 3.35. Схема на мост със заземяване на Вагнер.
На фиг. 3.35 показва така нареченото заземяване на Wagner като пример за избягване на влиянието на паразитните импеданси на веригата. Мостът, съдържащZ1,Z2,Z3иZ4компоненти, има паразитни земни капацитети, които са обозначени като терминални капацитетиCA,CB,CCиCD. Тези паразитни капацитети влияят на баланса на моста. Тяхното влияние може да се елиминира чрез заземяване на мостовата верига в точката на свързване на два допълнителни импедансаZ5иZ6. Първо използвамеZ1, за да балансираме моста, състоящ се отZ1,Z2,Z3иZ4, след това преместваме ключаSна друга позиция и отново балансираме моста, който сега се състои от елементитеZ2,Z3,Z5иZ6, този път използвайки елементаZ5. Този процес се повтаря няколко пъти, докато двата моста бъдат напълно балансирани. Когато това се постигне, напрежението на кондензаторитеСBиСDспрямо земята е равно на нула. КондензаторитеCAиCCса свързани паралелно сZ6иZ5и следователно не влияят на състоянието на баланса на моста, състоящ се от елементиZ1,Z2,Z3иZ4.
Ако измервателният сигнал е твърде малък, тогава той обикновено първо се усилва. Висококачествено усилване на сигнала с нисък шуми ниското изкривяване се извършва синструментални усилватели.Това е специален тип усилвател, в който по правило усилването е точно определено и може да се регулира. В допълнение към повишаването на чувствителността на измерванията, измервателният усилвател също така изолира обекта на измерване от натоварващото действие на измервателната система. Измервателният усилвател ви позволява да увеличите мощността на измерения сигнал, докато информацията, съдържаща се в сигнала, се съхранява. Следователно енергията, взета от измервания обект, може да бъде значително намалена. За да се избегне влияние върху измервания обект, входният импеданс на измервателния усилвател трябва да бъде голям при измерване на напрежение и малък при измерване на ток. Както вече видяхме в Раздел 3.3.2, използвайки схеми за компенсация, човек може да сравни едно физическо количество с друго, което има същото физическо измерение, без да зарежда измервания обект. На фиг. 3.36 показва още веднъж как това може да се направи автоматично и непрекъснато във времето. измерими