ЖУРНАЛ СТА №3/2024

Сэмюэл Хантер Кристи (1784–1865) родился в Лондоне в семье Джеймса Кри- сти, основателя аукционов изобрази- тельного искусства Christie's Fine Art Auctioneers. Сэмюэл изучал математи- ку в Тринити-колледже и после его окон- чания почти 50 лет преподавал в Коро- левской военной академии. Кристи внёс большой вклад в развитие учений о маг- нетизме, например, в изучение зависи- мости магнитных сил от температу- ры и воздействия солнечных лучей на земной магнетизм. В 1833 году он опуб- ликовал статью о магнитоэлектриче- ской проводимости различных метал- лов, показав, как проводимость провода изменяется обратно пропорционально длине и прямо пропорционально квадра- ту диаметра провода. К сожалению, ра- боты Кристи стали известны лишь после публикаций Уитстона. Хотя Чарльз Уитстон (английский физик и изобретатель) и признал ценность ра- бот Кристи; он был первым, кто широ- ко использовал схему, носящую его имя, и разработал для неё множество важ- ных приложений. По сей день (162 года спустя) мост Уитстона остаётся наи- более чувствительным и точным ме- тодом измерения значений сопротив- ления. Сэмюэл Кристи так и не получил признания за свою схему с мостом. Представьте себе, какой доход принес- ла бы сегодня оригинальная схема, изоб- ретённая Кристи, при гонораре всего в пять центов за каждую использован- ную мостовую схему. Как уже было сказано выше, мостовые схемы используются уже более 150 лет. На сегодняшний день мост по-прежнему является наиболее экономичной схемой для точного измерения различных ви- дов электрических величин, в том числе и сопротивления. Первоначальная топо- логия мостовой схемы претерпела мно- жество модификаций и применялась в таких приложениях, как измерение пе- ременного тока, автоматическая балан- сировка, в различных генераторах и уси- лителях. Возможно, наиболее извест- ным применением схемы Сэмюэля Хан- тера Кристи является мостовое включе- ние тензорезисторов для измерения ти- па деформации в механических узлах и строительных конструкциях. Как один из мировых лидеров в области разра- ботки и производства модулей согласо- вания и нормализации сигналов, ком- пания Dataforth с успехом использует мостовые схемы в своих разработках. А технические специалисты компании поделились основными принципами работы, но больше внимания уделили тонкостям возбуждения мостовой схемы и связанным с ней характеристикам. Базовые мостовые схемы В приведённых ниже примерах ос- новное внимание уделяется тополо- гиям мостовой схемы, показанной на рис. 1, с одним резистивным перемен- ным элементом. Исследуются выход- ные характеристики, в том числе влия- ние сопротивления цепи на мостовое возбуждение как по напряжению, так и по току, а также линейность моста. По- грешностями из-за сопротивлений пло- хо выполненных контактов и коррозии из-за контакта разнородных металлов пренебрегают. Более того, сопротивле- нием выходной линии также пренеб- регают, поскольку стандартной прак- тикой является измерение выходного напряжения моста устройствами с вы- соким импедансом (обычно > 1 МОм). Аналитические исследования в этом документе сосредоточены на мостовом сопротивлении, что означает, что все резисторы моста имеют сопротивление «R», когда они не подвергаются воздей- ствию переменных процесса возбуж- дения. На рис. 1 показан датчик поля R -омного мостового типа со всеми мо- стовыми резисторами ( R 1 , R 2 , R 3 , R x ), расположенными в точке измерения поля; однако, поскольку резистор R x яв- ляется резистивным сенсорным эле- ментом моста, его сопротивление из- меняется в зависимости от параметров контролируемого процесса, таких как температура, расход, давление, уро- вень, влажность, деформация и т.д. Во всех топологиях резистивного моста R 1 , R 2 , R 3 равны R , а R x = ( R +Δ R ), где Δ R – функция переменных процесса. Примеры В дальнейшем будут рассмотрены то- пологии двух категорий резистивного моста. Резистивные мосты, относящиеся к категории 1, определяются как тополо- гия, в которой все резисторы располо- жены на объекте, а один или несколько элементов подвергаются воздействию переменной процесса. Мосты категории 2 определяются как имеющие один или несколько резистивных сенсорных эле- ментов моста, расположенных на объ- екте и подверженных воздействию пе- ременных процесса, и остальных рези- НОУ-ХАУ СТА 3/2024 14 www.cta.ru Мостовые схемы как основа измерительных модулей Dataforth В статье рассматриваются базовые схемы и принципы измерительных мостов, а также влияние различных характеристик на выходные сигналы. Их применение на базе устройств формирования и нормализации сигнала компании Dataforth. Андрей Краснов