 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Кельвина мост , также называемый двойной мост Кельвина , а в некоторых странах Томсон моста , является измерительным прибором для измерения неизвестных электрических резисторов ниже 1 Ом . Он специально разработан для измерения резисторов, состоящих из четырех оконечных резисторов.
Фон [ править ]
Резисторы номиналом более 1 Ом можно измерить с помощью различных методов, таких как омметр или мост Уитстона . В таких резисторах сопротивление соединительных проводов или клемм ничтожно мало по сравнению с величиной сопротивления. Для резисторов сопротивлением менее 1 Ом сопротивление соединительных проводов или клемм становится значительным, и традиционные методы измерения будут включать их в результат.
Чтобы преодолеть проблемы, связанные с этими нежелательными сопротивлениями (известными как « паразитное сопротивление »), резисторы с очень низким номиналом и, в частности, прецизионные резисторы и сильноточные шунты амперметра выполнены в виде четырех оконечных резисторов. Эти сопротивления имеют пару токовых клемм и пару клемм для потенциала или напряжения. При использовании ток проходит между токовыми клеммами, но падение напряжения на резисторе измеряется на потенциальных клеммах. Измеренное падение напряжения будет полностью связано с самим резистором, поскольку паразитное сопротивление проводов, по которым ток идет к резистору и от него, не включается в цепь потенциала. Для измерения таких сопротивлений требуется мостовая схема.рассчитан на работу с четырьмя оконечными сопротивлениями. Этот мост - мост Кельвина. [1]
Принцип работы [ править ]
Работа моста Кельвина очень похожа на мост Уитстона, но использует два дополнительных резистора. Резисторы R 1 и R 2 подключены к клеммам внешнего потенциала четырех клемм известного или стандартного резистора R s и неизвестного резистора R x (обозначенного на схеме как P 1 и P ' 1 ). Резисторы R s , R x , R 1 и R 2 представляют собой мост Уитстона. При таком расположении паразитное сопротивление верхней частиR s и нижняя часть R x находятся за пределами части моста, измеряющей потенциал, и поэтому не учитываются при измерении. Тем не менее, связь между R s и R х ( R п ) является включена в потенциальной измерительной части схемы и , следовательно , может повлиять на точность результата. Чтобы преодолеть это, вторая пара резисторов R ' 1 и R ' 2 образуют вторую пару плеч моста (отсюда «двойной мост») и подключаются к внутренним клеммам потенциалов R s и R.x (обозначенына схемекак P 2 и P ' 2 ). Детектор D подключен между соединением R 1 и R 2 и соединением R ' 1 и R ' 2 . [2]
Уравнение баланса этого моста дается уравнением
В практической мостовой схеме отношение R ' 1 к R ' 2 устанавливается таким же, как отношение R1 к R2 (и в большинстве схем R 1 = R ' 1 и R 2 = R ' 2 ). В результате последний член приведенного выше уравнения становится равным нулю, а уравнение баланса становится равным
Перестановка, чтобы сделать R x предметом
Паразитное сопротивление R par исключено из уравнения баланса, и его наличие не влияет на результат измерения. Это уравнение такое же, как и для функционально эквивалентного моста Уитстона.
На практике величина источника питания B может быть настроена так, чтобы обеспечивать ток через Rs и Rx, равный или близкий к номинальным рабочим токам меньшего номинального резистора. Это способствует меньшим погрешностям измерения. Этот ток не проходит через сам измерительный мост. Этот мост также можно использовать для измерения резисторов более традиционной конструкции с двумя выводами. Соединения потенциалов моста просто подключаются как можно ближе к клеммам резистора. Любое измерение будет исключать все сопротивление цепи за пределами двух потенциальных соединений.
Точность [ править ]
Точность измерений, сделанных с помощью этого моста, зависит от ряда факторов. Точность стандартного резистора ( R s ) имеет первостепенное значение. Также важно, насколько близко отношение R 1 к R 2 к отношению R ' 1 к R ' 2 . Как показано выше, если соотношение точно такое же, ошибка, вызванная паразитным сопротивлением ( R пар ), полностью устраняется. В практическом мостике цель состоит в том, чтобы сделать это соотношение как можно ближе, но это невозможно сделать точно.тоже самое. Если разница в соотношении достаточно мала, то последний член приведенного выше уравнения баланса становится настолько малым, что им можно пренебречь. Точность измерения также повышается, если ток, протекающий через R s и R x, должен быть настолько большим, насколько позволяет номинал этих резисторов. Это дает наибольшую разность потенциалов между внутренними соединениями потенциалов ( R 2 и R ' 2 ) с этими резисторами и, следовательно, достаточное напряжение для того, чтобы изменение R ' 1 и R ' 2 имело наибольший эффект.
Есть некоторые коммерческие мосты, достигающие точности лучше 2% для диапазонов сопротивления от 1 мкОм до 25 Ом. Один из таких типов проиллюстрирован выше.
Лабораторные мосты обычно строятся с использованием высокоточных переменных резисторов в двух потенциальных плечах моста и достигают точности, подходящей для калибровки стандартных резисторов. В таком приложении «стандартный» резистор ( R s ) в действительности будет нестандартного типа (то есть резистор, точность которого примерно в 10 раз выше требуемой точности калибруемого стандартного резистора). Для такого использования ошибка, вызванная несовпадением отношения в двух потенциальных плечах, будет означать, что наличие паразитного сопротивления R par может оказать существенное влияние на требуемую очень высокую точность. Чтобы свести к минимуму эту проблему, текущие подключения к стандартному резистору ( R x); нестандартный резистор ( R s ) и соединение между ними ( R par ) спроектированы так, чтобы иметь как можно более низкое сопротивление, а соединения как в резисторах, так и в мосте больше напоминают шины, а не провода.
Некоторые омметры включают мосты Кельвина для получения больших диапазонов измерения. Инструменты для измерения величин субом часто называют омметрами низкого сопротивления, миллиомметрами, микроомметрами и т. Д.
Ссылки [ править ]
- ^ Northrup, Эдвин Ф. (1912), "VI: Измерение низкого сопротивления", Методы измерения электрического сопротивления , McGraw-Hill, стр. 100–131, hdl : 2027 / mdp.39015067963275
- ^ Все о схемах
Дальнейшее чтение [ править ]
- Джонс, Ларри Д.; Чин, А. Фостер (1991), Электрические приборы и измерения , Прентис-Холл, ISBN 978-013248469-5
Внешние ссылки [ править ]
- СМИ, связанные с мостом Томсона на Викискладе?
- Глава « Схемы измерения постоянного тока» из « Уроки электрических цепей, том 1» Бесплатная электронная книга по постоянному току исерия « Уроки в электрических цепях ».
- Обсуждение 4-х клеммного замера и омметров в целом. [ постоянная мертвая ссылка ]
- Обсуждение 4-х терминального замера. Преемник вышеуказанной мертвой ссылки.
