Мостики

Особую разновидность соединения сопротивлений представляют так называемые мостиковые схемы, или мостики, среди которых наиболее употребительна схема мостика Витстона (рис. 6).

Если в предыдущем примере можно было указать вполне определенно направления токов, протекающих во всех ветвях и через каждое из сопротивлений, то для сопротивления R5 данной схемы (называемого „диагональю мостика") мы этого сделать не можем. 

В зависимости от величин остальных сопротивлений ток в R5 при постоянном направлении тока в цепи питающего схему элемента и в остальных сопротивлениях может оказаться направленным как в ту, так и в другую стороны, а при соотношении величин

Мостики

ток в R5 вовсе не будет иметь никакого направления, так как он делается равным нулю.

Мостики

Рис. 6. Схема моста Уитстона.

Указанное обстоятельство позволяет использовать мостиковую схему для точного измерения сопротивления проводников и деталей путем сравнения неизвестных величин с известными. Мостиковую схему можно уподобить весам. Если сопротивления Rt и R2 равны друг другу - это будут равноплечие весы. В этом случае, подобрав величину R3 для того, чтобы получить в диагонали отсутствие тока, можно не сомневаться, что R4 и R3 тоже равны друг другу. Включая вместо RA неизвестное сопротивление Rx, мы с помощью мостика можем определять его величину.

Вообще говоря, и R2 могут находиться между собою в каком угодно отношении и тогда

Мостики

 

Отсутствие тока в диагонали моста определяется с помощью включенного в эту цепь вместо сопротивления R5 чувствительного микроамперметра либо гальванометра с симметричной шкалой, имеющей нуль в середине. Такие приборы называют нуль-гальванометрами.

Мостиковые схемы позволяют осуществлять весьма точные измерения сопротивлений, если примененные в них эталонное сопротивление R3 и сопротивления двух других плеч R2 и R1 сами по себе достаточно точны Обычно R3 делают в виде удобно переключаемого набора сопротивлений (так называемого "магазина сопротивлений"), общее сопротивление которого можно изменять от 0 до 10 тыс. ом через каждую 0,1 ома.

 

Плечи R2 и R1 выполняют тоже в виде наборов сопротивлений, но состоящих, например, лишь из 1, 10, 100 и 1000 ом каждое. Мостик с подобными данными напоминает уже десятичные весы, позволяющие определять большой вес с помощью гирь малого веса. Им можно измерять неизвестные сопротивления, величины которых могут заключаться в пределах от 0,001 ом до 1 мгом, чем обычно и исчерпываются все случаи практики.

Большое распространение имеют мостики упрощенных кон струкций так называемого реохордного типа. Типичные схемы подобного мостика и устройство поясняются рис. 7. 

 

Мостики

Рис. 7. Реохордный мостик (схема).

Главной частью мостика является реохорд, представляющий собой калиброванную проволоку длиною 20—50 см, вдоль которой перемещается ползунок П (проволока реохорда натянута в виде струны между точками А и Б схемы рис. 7). Гальванометр постоянно подключен к концам проволоки реохорда. Эталонному сопротивлению Rэт с помощью переключателя можно придать одно из четырех значений: 1, 10, 100 и 1000 ом.

Нетрудно видеть, что, помимо Rэт и Rx, схема содержит в скрытом виде еще два сопротивления: R1 и R2, роль которых выполняют участки реохорда от ползунка П до его концов А и Б, имеющие длины l1 и l2.

Учитывая эти сопротивления, можно написать условие равновесия реохордного мостика

Мостики

откуда

Мостики

Поскольку сопротивление проволоки пропорционально ее длине, можно заменить отношение сопротивлений отношением длин

Мостики

Тогда

Мостики

Нанесенные вдоль струны реохорда оцифрованные деления позволяют по положению ползунка сразу определять отношение l2/l1. Для этого в точке, разделяющей струну пополам, для которой l1 = l2, поставлена цифра 1. Точки, делящие реохорд на 3 части, обозначаются 0,5 и 2 потому, что для одной l1 = 2l2, а для другой l1 = 1/2 l2. Аналогичным образом для точек деления на 4 части добавляют оцифровки 0,33 и 3 и так далее.

В последнее время часто встречаются мостики реохордного типа, но с сопротивлением R1+R2, сделанным в виде равномерной намотки реостатного провода на свернутую в кольцо изоляционную полоску. Различные положения скользящего по такому реохорду ползунка размечаются и оцифровываются по круговой шкале аналогично тому, как это делается для линейного реохорда.

Мостиковые схемы в сочетании с термочувствительными сопротивлениями применяются и в качестве электротермометров. То обстоятельство, что вблизи точки равновесия мостика даже очень малые изменения сопротивления одного из плеч могут вызвать перемену направления тока в диагонали, используется для целей автоматического регулирования. Для повышения чувствительности мостиков их применяют в сочетании с усилителями.

Смотрите также