adguc - rchy
Transkrypt
adguc - rchy
Metoda zerowa mostkowa (stosowana m.in. do pomiaru rezystancji) Układ czterogałęźnego mostka opracowanego przez Wheatstone'a do pomiaru rezystancji przedstawiono na rysunku 1. Cztery rezystory R 1 , R 2 , R 3 , R 4 stanowią gałęzie mostka. Zwykle rezystor badany R x umieszcza się w gałęzi pierwszej. W jedną z przekątnych mostka włącza się wskaźnik stanu równowagi mostka, którym może być galwanometr magnetoelektryczny G o rezystancji R g , w drugą przekątną - źródło napięcia zasilania U. Stanem równowagi mostka nazywamy taki stan, w którym napięcie pomiędzy punktami C i D jest równe zeru, przy niezerowej wartości napięcia U przyłożonego do punktów A i B. Dla stanu równowagi mostka słuszne są zależności: I1 ⋅ Rx = I 3 ⋅ R3 I 2 ⋅ R2 = I 4 ⋅ R4 oraz I1 = I 2 (2) I3 = I 4 (1) Dzieląc stronami równania (1) i uwzględniając zależności (2) otrzymuje się warunek równowagi mostka. R x R3 (3) = R2 R4 Z zależności (3) oblicza się wartość mierzonej rezystancji R x Rx = R2 R3 R4 C I1 1= R X I2 R2 R Ig A G I R3 R4 I3 I4 D U Rys. 1. Schemat czterogałęźnego mostka typu Wheatstone'a W praktyce pomiarowej są stosowane dwa sposoby osiągania równowagi mostka. Pierwszy z nich polega na tym, że zmienia się rezystancję R 2 przy stałym stosunku rezystancji w gałęziach trzeciej i czwartej. Z tego sposobu korzysta się przy budowie dokładnych mostków laboratoryjnych. W mostkach przeznaczonych do pomiarów mniej dokładnych, mostek doprowadza się do równowagi przez regulację stosunku rezystancji oporników R 3 i R 4 wykonanych w postaci potencjometru, przy stałej wartości rezystancji R 2 . Metoda zerowa kompensacyjna Odmianą metody zerowej jest metoda kompensacyjna, w której wielkość mierzona bezpośrednio wpływa na wskaźnik zera, dzięki temu w stanie zrównoważonego układu (mówimy też: w stanie kompensacji) ze źródła wielkości mierzonej nie jest pobierana energia (moc). Jest to duża zaleta metody, ponieważ wynik pomiaru nie jest obarczony błędem jaki występuje w pomiarach takimi metodami, w których przyrząd lub układ pomiarowy obciążają źródło wielkości mierzonej. 0 X α WZ W α = X−W , gdy α = 0 , to X = W Rys. 2. Idea układu realizującego pomiar metodą kompensacyjną, X – wielkość mierzona; W – wzorzec wielkości mierzonej (wielomiarowy) WZ – wskaźnik zera. Jednakże bezpośrednie oddziaływanie wielkości mierzonej na wskaźnik zera czyni przydatność metody kompensacyjnej tylko do mierzenia wielkości aktywnych, tzn. wielkości przenoszących energię. Takimi wielkościami elektrycznymi są: natężenie prądu, napięcie, moc i strumień pola magnetycznego. Z wielkości nieelektrycznych – siła, moment siły, ciśnienie, strumień światła. Metoda kompensacyjna szczególnie jest wykorzystywana w pomiarach obiektów dysponujących mała wewnętrzną energią (mocą) - czyli takich, w których nawet niewielki jej ubytek wywoła znaczące zmiany ich właściwości. Przykładem może służyć pomiar metodą kompensacyjną napięcia źródłowego (SEM), źródeł o dużych rezystancjach wewnętrznych. Wtedy układ pomiarowy - nie pobierając prądu ze źródła - mierzy napięcie odpowiadające wielkości mierzonej. Pomiar woltomierzem nie spełnia tego warunku. Metoda kompensacyjna warunek, mówiący o konieczności realizacji doświadczenia w taki sposób, aby wpływ eksperymentatora na obiekt obserwacji był niezauważalny. Pomiar napięcia stałego układem kompensacyjnym ze stałym prądem pomocniczym Układ składa się z obwodu wytwarzającego napięcie kompensacyjne U w i wskaźnika zera WZ (rys. 3). Napięcie kompensacyjne powstaje na oporniku R w , na który składają się cztery dekady o wartościach: 10×100Ω, 10×10Ω, 10×1Ω, 10×0,1Ω. Prąd pomocniczy I p wytwarzany jest przez elektroniczne źródło prądowe (tzw. stabilizator prądu), którego cechą – jak wiemy z elektrotechniki – jest niezależność prądu od zmian rezystancji obwodu. Rys. 3. Układ do pomiaru napięcia stałego metodą kompensacyjną I – źródło prądu; R w - opornik wielodekadowy wytwarzający napięcie wzorcowe (kompensacyjne) U w ; R k – opornik wzorcowy do ustalania prądu I p ; WZ – wskaźnik zera; V c – woltomierz cyfrowy; E, R źr – parametry mierzonego źródła. Na pomiar napięcia U x składają się następujące czynności: 1. Kalibracja układu – polega na ustaleniu w obwodzie prądu 10mA. W tym celu, regulując prąd źródła, doprowadzamy spadek napięcia na rezystorze R k do wartości 1V - mierzonej woltomierzem cyfrowym. Wtedy tzw. prąd pomocniczy układu ma wartość: U 1V Ip = k = = 10mA . R k 100Ω 2. Pomiar napięcia U x – polega na zrównoważeniu układu, czyli na wytworzeniu w rezystorze R w takiego napięcia U w , aby było równe napięciu mierzonemu U x . Czynności równoważenia zaczyna się od nastawy dekady 1. (o największych wartościach rezystancji), a kończąc na ostatniej - do momentu uzyskania zerowego wskazania wskaźnika zera (∆U wz = 0). Dla zrównoważonego układu obowiązuje równanie: Ux= Uw. Ponieważ Uw= Ip Rw, U to równanie pomiaru przyjmuje postać: U x = k ⋅ R w Rk