Жан-Поль Эймишен - Электроника?.. Нет ничего проще!

Л. — Хорошо, но можешь ли ты назвать величины напряжений U Х и U Q ?

Н. — Хм… давай посмотрим. Кажется, я догадался, если воспользоваться схемой, представленной на рис. 5, то получим:

Л. — Незнайкин, 20 из 20! [3] В учебных заведениях Франции пользуются 20-балльной системой оценок. ( Прим. перев .) А теперь скажи мне, когда U Х будет равно U Q ?

Н. — Ну разумеется, когда

Л. — Хорошо, а теперь следи за мной. Деля обе части уравнения на U вх , я получаю:

В этой пропорции произведение крайних членов равно произведению средних членов, следовательно,

X( R 2+ Q) = Q( R 1+ X) или XR 1+ XQ= QR 2+ XQ.

Из обеих частей уравнения я вычитаю величину XQ и в результате получаю:

XR 2 = QR 1

Н. — До сих пор я уследил за тобой…

Л. — Вот и хорошо, а теперь остановись, расчеты закончены. Только что полученное выражение представляет собой условие равновесия (баланса) моста Уитстона, показывающее что в нашей схеме (а она и есть мост Уитстона) U Х = U Q . Это подтверждается тем, что чувствительный вольтметр, включенный между точками А и В , показывает нуль.

Н. — Согласен, мост Уитстона — это очень просто. Но что он даст нам для наших тензометрических преобразователей?

Л. — Представь себе, что R 2, Q и X — постоянные резисторы, a R 1 — резистор, чувствительный к увеличению длины. Мы начнем с уравновешивания моста путем воздействия на резисторы R 2 и Q . Тогда включенный между точками А и В вольтметр покажет нуль. Если сопротивление резистора изменится хотя бы и очень немного, напряжения U Х и U Q перестанут быть равными и стрелка вольтметра отклонится и возможно до самого края шкалы, если прибор очень чувствительный.

Н. — Изумительный метод! И до чего практичен этот резистор R 1, чувствительный к механическому натяжению проволоки, из которой он сделан!

Л. — Это было бы слишком хорошо; резистор чувствителен к температуре по крайней мере в такой же степени, как и к воздействию силы. Но в этом случае мост Уитстона проявил себя еще лучше; в X вводится идентичный R 1 , но не подвергающийся механическому напряжению резистор. Его размещают рядом с резистором R 1 (рис. 14), чтобы он находился при той же температуре, но приклеивают к детали только одним концом (чтобы он не испытывал воздействия механических усилий). Изменение температуры одинаково сказывается на R 1 и X и не нарушает равновесие моста; и только удлинение проволоки резистора R 1 может вывести мост из равновесия.

Рис. 14. Тензометрический преобразователь R 1наклеен на исследуемую деталь и подвергается тем же, что и деталь, деформациям. Резистор Xприклеен только одним концом, поэтому он не подвергается воздействию силы, но находится в тех же температурных условиях, что и R 1, это позволяет скомпенсировать вредное влияние температуры на работающий преобразователь R 1.

Н. — Чертовски хитрый метод! Но досадно, что резистор X служит лишь для компенсации.

Л. — Можно сделать еще лучше. В рассмотренном ранее примере с металлическим стержнем верх стержня растягивается, а низ сжимается. Если мы укрепим (рис. 15) тензометрические преобразователи R 1 и X один сверху, а другой снизу, то температурное воздействие, как и раньше, будет скомпенсировано (если только верх стержня не нагрет больше, чем его низ), но увеличение сопротивления R 1 (удлиняется) в сочетании с уменьшением сопротивления X (сжимается) повысит чувствительность прибора. Можно было бы еще повысить чувствительность, если вместо резисторов R 2 и Q использовать тензометрические преобразователи и подвергнуть их воздействию растяжения и сжатия, наклеив их для этой цели в соответствующих местах исследуемой детали.