 |
Чувствительность оптимальной мостовой схемы.
|
|
|
|
Потенциальные мостовые схемы
Методические указания к лабораторной работе №3Д
для студентов всех форм обучения
направлений и специальностей:
230100 – Информатика и вычислительная техника (бакалавриат);
230400 – Информационные системы и технологии (бакалавриат);
280400 – Техносферная безопасность (бакалавриат);
280705 – Пожарная безопасность (специалитет).
Екатеринбург
УДК 621.317.3
Автор Э.Г. Миронов
Научный редактор доц., канд. технич. наук Н.П.Хмелевский
Потенциальные мостовые схемы: методические указания к лабораторной работе №3Д/ Э.Г. Миронов. Екатеринбург: УрФУ, 2012. 26с.
Методические указания содержат описание лабораторной работы по исследованию неравновесных потенциальных мостовых измерительных схем постоянного тока. Приводятся схемы экспериментов, порядок выполнения измерений и последовательность обработки полученных данных. Даются подробные указания по практическим и расчетным частям работы.
Библиогр. 10 назв. Рис. 1. Табл. 10. Прил.6.
Подготовлено кафедрой
автоматики
© УрФУ, 2012
© Автор, 2012
Лабораторная работа №3Д
Потенциальные мостовые схемы
Цель работы
Целью работы является практическое ознакомление студентов с характеристиками потенциальных мостовых измерительных схем, построенных на активных сопротивлениях и питающихся от источника постоянного тока.
В работе исследуется чувствительность и линейность неравновесных мостовых схем с выходом по напряжению при различных вариантах включения датчиков и различных соотношениях между отдельными параметрами мостовых схем.
В состав лабораторного стенда входят: универсальный цифровой вольтметр, четыре магазина сопротивлений и стабилизированный источник питания постоянного тока.
|
|
|
Исходные данные
Схема эксперимента
Принципиальная электрическая схема измерительного моста, используемого при проведении экспериментальной части работы, приведена на рис. 1.
| R2 |
Рис.1. Принципиальная электрическая схема измерительного моста.
На рис. 1. приняты следующие обозначения:
U – напряжение источника питания;
G – измерительный прибор (электронный цифровой вольтметр В7-58);
R0 – внутреннее сопротивление измерительного прибора (для вольтметра В7-58 может быть принято R0®∞);
a-b – измерительная диагональ;
c-d – питающая (генераторная) диагональ;
c-a – первое плечо мостовой схемы;
a-d – второе плечо мостовой схемы;
c-b – третье плечо мостовой схемы;
b-d – четвертое плечо мостовой схемы.
В рассматриваемом случае сопротивления плеч мостовой схемы имеют значения: первое плечо – R1, второе плечо – R2, третье плечо – R3 и четвертое плечо – R4.
Планируемые исследования
В работе проводится исследование чувствительности и линейности приведённой мостовой измерительной схемы. Из теории мостовых схем известно (см., на пример, [1]), что для получения максимальной чувствительности схемы необходимо выполнить условие: R1=R2 и R3=R4. Схему с такими параметрами принято называть «оптимальной по чувствительности». При R1≠R2 и R3≠R4 чувствительность схемы снижается и схема становится «неоптимальной по чувствительности». В лабораторной работе проводятся экспериментальная проверка этого положения.
Линейность схемы зависит от числа и порядка включения датчиков в плечи мостовой схемы. В лабораторной работе проводится экспериментальное исследование мостовых схем с одним, двумя, тремя и четырьмя датчиками, включенными определенным образом. Эти исследования позволяют сформулировать условия линейности (или нелинейности) рассматриваемой мостовой схемы.
|
|
|
Кроме того, с помощью используемой неравновесной мостовой схемы проводится измерение четырёх неизвестных сопротивлений.
Экспериментальная часть работы
Варианты задания
Варианты задания приведены в таблицах №№ 1; 2 и 3.
Таблица 1
Варианты задания при исследовании чувствительности оптимальной мостовой схемы
| Вариант задания | U, В | Значения сопротивлений, кОм | ±ΔR, кОм | |||
| R1 | R2 | R3 | R4 | |||
| 2,0 | 1,0 | |||||
| 2,2 | 1,1 | |||||
| 2,4 | 1,2 | |||||
| 2,6 | 1,3 | |||||
| 2,8 | 1,4 | |||||
| 3,0 | 1,5 |
Таблица 2
Варианты задания при исследовании чувствительности неоптимальной мостовой схемы
| Вариант задания | U, В | Значения сопротивлений, кОм | ±ΔR, кОм | |||
| R1 | R2 | R3 | R4 | |||
| 2,0 | 1,0 | |||||
| 2,2 | 1,1 | |||||
| 2,4 | 1,2 | |||||
| 2,6 | 1,3 | |||||
| 2,8 | 1,4 | |||||
| 3,0 | 1,5 |
Таблица 3
Варианты задания при исследовании линейности мостовой схемы
| Вариант задания | U, В | Значения сопротивлений, кОм | ±ΔR, кОм | |||
| R1 | R2 | R3 | R4 | |||
| 0,9 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 0,55 | |
| 1,0 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 7,0 | 0,65 | |
| 1,1 | 8,0 | 8,0 | 8,0 | 8,0 | 0,75 | |
| 1,2 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 0,85 | |
| 1,3 | 0,95 | |||||
| 1,4 | 1,05 |
В таблицах 1,2 и 3 приняты следующие обозначения:
U – напряжение питания (устанавливается на источнике питания при токе I=100мА);
R1, R2, R3, R4 – начальные (исходные) сопротивления плеч мостовой схемы;
±ΔR – изменение сопротивления датчика.
Чувствительность оптимальной мостовой схемы.
Собрать мостовую измерительную схему, приведенную на рис.1. Получить у преподавателя вариант задания и набрать на магазинах сопротивлений, образующих плечи мостовой схемы, сопротивления R1, R2, R3 и R4 в соответствии с заданием (см. табл. 1). Установить заданное напряжение на источнике питания.
С разрешения преподавателя включить питание мостовой измерительной схемы. При этом выходное напряжение на измерительной диагонали мостовой схемы U0, измеряемое вольтметром В7-58 на пределе «2 В», должно быть нулевым («000,0 мВ»).
При исследовании чувствительности предполагается, что датчик включен в первое плечо мостовой схемы.
|
|
|
Rд=R1±ΔR, (1)
где Rд – сопротивление датчика (текущее);
R1 – начальное сопротивление датчика (см. табл. 1);
ΔR – положительное или отрицательное приращение датчика (см. табл. 1).
Для получения искомых величин снимаются зависимости +U0=f1(R1+ΔR) и -U0=f2(R1-ΔR). Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 4. Значения +U0 и -U0 заносятся в таблицу при проведении эксперимента. Значения +S, -S заносятся в таблицу при составлении отчета.
Таблица 4
Экспериментальные и расчетные значения при исследовании чувствительности мостовой схемы
| Параметры | Значения параметров | Примечание | ||||||||||
| α | 2,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 9,5 | 10,0 | 10,5 | ||
| (R1+ α •ΔR), кОм | ΔR =..…. кОм δ'=…………% Δ'=……….мВ δ"=………...% Δ"=………мВ Р =0,95 | |||||||||||
| +U0, мВ | ||||||||||||
| +S, мВ/кОм | ||||||||||||
| (R1- α •ΔR), кОм | ||||||||||||
| -U0, мВ | ||||||||||||
| -S, мВ/кОм |
В табл. 4 приняты следующие обозначения:
α – коэффициент (изменяется от 0 до 10,5);
α •ΔR – приращения сопротивления датчика;
(R1+ α •ΔR) – сопротивление датчика при положительных приращениях его сопротивления;
(R1- α •ΔR) – сопротивление датчика при отрицательных приращениях его сопротивления;
+U0 – напряжение на измерительной диагонали мостовой схемы при положительных приращениях датчика (экспериментальное значение);
+S – чувствительность мостовой схемы при положительных приращениях датчика (экспериментальное значение);
-U0, -S – экспериментальные значения напряжения и чувствительности при отрицательных приращениях датчика;
δ', Δ' – относительная и абсолютная инструментальные погрешности мостовой измерительной схемы при положительном приращении сопротивления датчика;
δ", Δ" – относительная и абсолютная инструментальные погрешности мостовой измерительной схемы при отрицательном приращении сопротивления датчика;
|
|
|
Р – принятая доверительная вероятность (в лабораторной работе принято Р=0,95).
Значения δ', Δ', δ", Δ" заносятся в табл. 4 при составлении отчета. Значения остальных величин, приведенных в примечании, заносятся в табл. 4 при проведении эксперимента.
|
|
|
