Тема № 8. Цифровые измерительные мосты

8.1 Классификация цифровых мостов. Обобщенная структура моста постоянного тока. Мостовые измерительные цепи цифровых мостов узкого и широкого диапазонов измерения. Цифровой термометр и процентный цифровой мост. Погрешность цифровых мостов

Цифровые мосты применяются для измерения сопротивления, емкости, индуктивности  или преобразования в них других физических величин.

Цифровые мосты классифицируются по различным признакам:

1.          Цифровые мосты подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные. Уравновешенные мосты обеспечивают более высокую точность измерения, но требуют сложный процесс уравновешивания  в автоматизированном  и ручном режиме. У неуравновешенных мостов напряжение или ток в измерительной диагонали  является мерой приращения измеряемого параметра по отношению к его начальному значению.

2       Мосты постоянного и переменного тока. Мосты постоянного тока питаются от постоянного напряжения  и предназначены для измерения  только сопротивления постоянному току.  Мосты переменного тока - питаются  от переменного тока и предназначены для измерения параметров комплексных сопротивлений, индуктивностей, емкостей, показателей качества конденсаторов  и катушек индуктивности.

 Обобщенная структурная схема цифрового моста имеет следующий вид:       

Мостовая измерительная цепь МИЦ включает измеряемое сопротивление, преобразователь  кода в сопротивление или проводимость, с помощью которого  уравновешивается мост, источник питания. Сигнал разбалланса подается на устройство сравнения УС, которое в процессе уравновешивания на каждом такте дает на устройство управления УУ информацию о знаке этого напряжения. Как и в кодоимпульсном АЦП устройство управления содержит генератор тактовых импульсов, логические элементы (И, ИЛИ), устройство сравнения, распределитель импульсов, ЦОУ.

Цифровые мосты широкого диапазона измерения.

Структурная схема  моста имеет вид:

Измеряемой величиной является  сопротивление.Название мост широкого диапазона обусловлено тем, что этот диапазон  распространяется  от нуля до какого-то максимального значения. Противоположное плечо представляет набор резисторов с ключами ,,, управляемые кодом  от  УУ. Каждому значению  соответствует определенная комбинация замкнутых ключей, при которой мост уравновешивается, т.е. выполняется условие равновесия .

При  измеряемое сопротивление пропорционально  проводимости , а следовательно и числу, код которого она  определяет. Поэтому набор резисторов с ключами называют преобразователем кода в проводимость. В общем случае проводимость  будет определяться, как:

,

- квант преобразователя, при этом R - наибольшее из всех сопротивлений.

Тогда измеряемое сопротивление:

                                                                      (1)

где g-квант цифрового моста.

В цифровых мостах с несколькими диапазонами принято менять значение кванта g. Для этого достаточно изменить  или . Выбор нужного диапазона достигается замыканием соответствующих ключей (вручную или автоматически).

Цифровой  термометр на базе цифрового моста узкого диапазона

Структурная схема  моста имеет вид:

Измеряемой величиной является Т - температура, которую воспринимает терморезистор , значение этого резистора:

Уравнение баланса моста остается прежним, но  будет равна:

                                  (2)

Где  - проводимость некоммутируемого резистора,

       - величина кванта ПКП,

      N - число, код которого управляет ключами .

Значение  выбирают из условия:

,

 Тогда  на основании формулы (1) и формулы (2):

,

где - температурный коэффициент сопротивления

, где  - квант цифрового моста.

 Так как  диапазон значений  начинается не от нуля, а от  и результат измерения , мост называют мостом узкого диапазона.

Процентный мост на базе цифрового моста  узкого диапазона измерения

Структурная схема  моста имеет вид:

Данный мост применяется для разбраковки резисторов. В данном случае  измеряемой величиной является, выраженное в процентах отклонение сопротивления , контролируемого резистора,  от его номинального значения   , т.е. измеряемая величина. Для учета значения отклонения в ПКП вводят дополнительный ключ и резистор , проводимость которого определяется  из условия , остальные резисторы  те же, что  и в предыдущей схеме  и выполняют ту же  роль.

1. Если x>0 ключ  S3H  замкнут, условие равновесия моста:

                                                       (3)

Для получения N=0, при  необходимо обеспечить:

                                                                          (4)

Для выполнения этого равенства при разных  в схеме  в качестве резистора  используют  магазин сопротивлений, на котором предварительно для   данных  устанавливаются требуемые значения . С учетом формул (3) и (4) следует, что:

,

.

2. Если при замкнутом ключе S3H   уравновешивание моста не произошло, то это говорит о том, что x<0. Тогда ключ  S3H  размыкают и уравновешивание производится замыканием разрядных ключей. В этом случае  условие равновесия   будет:

.

Прибавив и отняв  к сомножителям  в скобках  получим:

.

Из этого выражения  и с учетом того, что  имеем:

x=g (Nmax-N), где числу (Nmax-N) соответствует обратный код числа N.

Таким образом  при  x>0, значение x выражается прямым кодом числа N, а при x<0 – обратным.

 

Теория | Практикум | Контроль знаний | Об авторах