8.1 Класифікація цифрових мостів. Узагальнена структура моста постійного струму. Мостові вимірювальні ланцюга цифрових мостів вузького і широкого діапазонів вимірювання. Цифровий термометр і процентний цифровий міст. Похибка цифрових мостів
Цифрові мости застосовуються для виміру електричного опору, ємності, індуктивності або перетворення в них інших фізичних величин.
Цифрові мости класифікуються за різними ознаками:
1. Цифрові мости підрозділяються на урівноважені і неврівноважені. Урівноважені мости забезпечують більш високу точність вимірювання, але вимагають складний процес урівноваження в автоматизованому і ручному режимі. У неврівноважених мостів напруга або струм у вимірювальній діагоналі є мірою збільшення вимірюваного параметра по відношенню до його початкового значення.
2 Мости постійного і змінного струму. Мости постійного струму живляться від постійної напруги і призначені для вимірювання тільки опору постійному струму. Мости змінного струму - живляться від змінного струму і призначені для вимірювання параметрів комплексних опорів, індуктивностей, ємностей, показників якості конденсаторів і котушок індуктивності.
Узагальнена структурна схема цифрового моста має наступний вигляд:
Мостова вимірювальна ланцюг МІЦ включає вимірюваний опір, перетворювач коду в опір або провідність, за допомогою якого врівноважується міст, джерело живлення. Сигнал разбалланса подається на пристрій порівняння УС, яке в процесі врівноваження на кожному такті дає на пристрій управління УУ інформацію про знак цієї напруги. Як і в кодоімпульсной АЦП пристрій управління містить генератор тактових імпульсів, логічні елементи (І, АБО), пристрій порівняння, розподільник імпульсів, ЦОУ.
Цифрові мости широкого діапазону вимірювання.
Структурна схема моста має вигляд:
Вимірюваноївеличиною є опір .Названіе міст широкого діапазону обумовлено тим, що цей діапазон поширюється від нуля до якогось максимального значення. Протилежне плече представляє набір резисторів з ключами,,. керовані кодом від УУ. Кожному значенню відповідає певна комбінація замкнутих ключів, при якій міст врівноважується, тобто виконується умова рівноваги.
При вимірюваний опір пропорційно провідності. а отже і числу, код якого вона визначає. Тому набір резисторів з ключами називають перетворювачем коду в провідність. У загальному випадку провідність буде визначатися, як:
- квант перетворювача, при цьому R - найбільше з усіх опорів.
Тоді вимірюваний опір:
де g-квант цифрового моста.
У цифрових мостах з декількома діапазонами прийнято міняти значення кванта g. Для цього достатньо змінити або. Вибір потрібного діапазону досягається замиканням відповідних ключів (вручну або автоматично).
Цифровий термометр на базі цифрового моста вузького діапазону
Структурна схема моста має вигляд:
Вимірюваноївеличиною є Т - температура, яку сприймає терморезистор. значення цього резистора:
Рівняння балансу моста залишається колишнім, але буде дорівнює:
Де - провідність некомутованого резистора,
- величина кванта ПКП,
N - число, код якого управляє ключами.
Значення вибирають з умови:
Тоді на підставі формули (1) і формули (2):
де - температурний коефіцієнт опору
Так як діапазон значень починається ні від нуля, а від і результат вимірювання. міст називають мостом вузького діапазону.
Процентний міст на базі цифрового моста вузького діапазону вимірювання
Структурна схема моста має вигляд:
Даний міст застосовується для разбраковки резисторів. В даному випадку вимірюваноївеличиною є, виражене у відсотках відхилення опору. контрольованого резистора, від його номінального значення. тобто вимірювана величина. Для обліку значення відхилення в ПКП вводять додатковий ключ і резистор. провідність якого визначається з умови. інші резистори ті ж, що і в попередній схемі і виконують ту ж роль.
1. Якщо x> 0 ключ S 3 H замкнутий, умова рівноваги моста:
Для отримання N = 0, при необхідно забезпечити:
Для виконання цієї рівності при різних в схемі в якості резистора використовують магазин опорів, на якому попередньо для даних встановлюються необхідні значення. З урахуванням формул (3) і (4) випливає, що:
2. Якщо при замкнутому ключі S 3 H урівноваження моста не відбулося, то це говорить про те, що x <0. Тогда ключ S 3 H размыкают и уравновешивание производится замыканием разрядных ключей. В этом случае условие равновесия будет:
Додавши і віднявши до співмножників в дужках отримаємо:
З цього виразу і з урахуванням того, що маємо:
x = g (Nmax - N), де числа (Nmax - N) відповідає зворотний код числа N.
Таким чином при x> 0, значення x виражається прямим кодом числа N. а при x <0 – обратным.