Мостовые схемы постоянного тока

Мостовые схемы постоянного тока

Никакую книгу по электрическим измерениям нельзя было бы назвать полной без раздела о мостовых схемах. Эти гениальные схемы используют индикатор баланса для сравнения двух напряжений, точно так же как и лабораторные весы сравнивают две массы и указывают на то, что они равны. В отличие от «потенциометрических» схем, используемых для простого измерения неизвестного напряжения, мостовые схемы могут использоваться для измерения всех видов электрических величин, в том числе и сопротивлений.

Стандартная мостовая схема, часто называемая мостом Уитстона (Wheatstone bridge), изображена на рисунке 1.

Рис. 1.

Когда напряжение между точкой 1 и минусом батареи равно напряжению между точкой 2 и отрицательным выводом батареи, то индикатор баланса будет показывать ноль, и про такой мост говорят что он «сбалансирован». Состояние баланса моста полностью зависит от отношений R_a/R_b и R₁/R₂, и оно не зависит от напряжения питания.

Для измерения сопротивлений с помощью моста Уитстона на место резисторов R_a или R_b устанавливается неизвестное сопротивление, в то время как остальные три резистора являются прецизионными и их номинал известен. Каждый из этих трёх резисторов может быть заменён сопротивлением другой величины или их номиналы могут быть скорректированы, что бы мост сбалансировался, и когда это произойдёт то величина сопротивления неизвестного резистора может быть определена из соотношения величин известных сопротивлений.

Для этого необходимо, что бы измерительная система имела набор переменных резисторов с точно известными значениями, которые могут служить эталонными стандартами. Например, если мост настроен на измерение сопротивления R

x (рисунок 2), то мы должны знать точное значение остальных трёх сопротивлений при сбалансированном мосте, что бы определить величину сопротивления R_x:

Рис. 2.

Каждое из четырёх сопротивлений в мостовой схеме называют плечом. Резистор, последовательно соединённый с неизвестным сопротивлением, R_x обычно называют реостатом моста (это будет сопротивление R_a на рисунке 2), а другие два сопротивления называют плечами отношений моста.

Точные и стабильные образцовые сопротивления к счастью, не сложно изготовить. В действительности они были одними из первых электрических «Стандартных» устройств, изготовленных в научных целях. На рисунке 3 приведена фотография старинного блока стандартных сопротивлений:

Рис. 3. Магазин образцовых сопротивлений

Стандарт сопротивлений, изображённый на рисунке 3, является переменным с дискретным шагом изменения сопротивления: величина сопротивления между клеммами может изменяться в зависимости от количества и положения медных вставок, вставленных в разъёмы.

Мосты Уитстона считаются превосходным средством измерения сопротивления среди схем различных омметров. Но в отличие от всех этих схем, являющихся нелинейными (и имеющих нелинейные шкалы), и связанные с этим погрешности измерений, мостовая схема является линейной (математика описания её работы основана на простых отношениях и пропорциях) и довольно точной.

Имея стандартные сопротивления достаточной точности и нуль-детектор с необходимой чувствительностью, достижимая точность измерения сопротивления может быть не хуже +-0,05% при использовании моста Уитстона. Это метод измерения сопротивления предпочитают использовать в калибровочных лабораториях из-за его высокой точности.

Существует много вариаций основной схемы моста Уитстона. Большинство мостов постоянного тока используются для измерения сопротивления, в то время как мосты переменного тока могут быть использованы для измерения различных электрических величин, таких как индуктивность, ёмкость и частота.

Интересным вариантом моста Уитстона является двойной мост Кельвина, используемый для измерения очень малых сопротивлений (обычно менее 1/10 Ома), его схема изображена на рисунке 4:

Рис. 4. Двойной мост Кельвина.
R_a и R_x являются низкоомными сопротивлениями.

Низкоомные резисторы на рисунке изображены толстой линией, так же как и проводники, соединяющие их с источником напряжения, обеспечивающим сильный ток. Принцип работы этого измерительного моста причудливой конфигурации, пожалуй, лучше всего понять, если начать объяснение принципа его работы со стандартного моста Уитстона, настроенного для измерения низкого сопротивления, этот мост развивался шаг за шагом до его нынешнего состояния в попытке преодолеть некоторые проблемы, возникшие в мосте Уитстона стандартной конфигурации.

Если бы мы использовали стандартный мост Уитстона для измерения небольших сопротивлений, то его схема бы выглядела примерно так (рисунок 5):

Рис. 5.

Когда нуль-детектор указывает нулевое напряжение, мы знаем, что мост сбалансирован и что соотношение R_a/R_x и R_M/R_N математически равны друг другу. Зная значения R_a, R_M, and R_N поэтому мы имеем все необходимые данные, чтобы найти величину Rx. Почти.

Имеется проблема в том, что соединения и соединительные провода между R_a и R_x обладают неким сопротивлением, и эти паразитные сопротивления могут быть существенными по сравнению с низким сопротивлением R_a и R_x. Эти паразитные сопротивления понизят реальное напряжение, учитывая большой ток, протекающий через них, и таким образом будут влиять на показания детектора нуля и на баланс моста (Рисунок 6):

Рис. 6.
Паразитное напряжение E_пров. ухудшает точность измерения R_x.

Так как мы не хотим измерять сопротивление этих паразитных проводников и сопротивление соединений, а нас интересует только измерение сопротивления R

x, то надо найти такой способ включения нуль-детектора, что бы на его показания не влияли падения напряжений, протекающего через эти сопротивления. Если мы присоединим нуль-детектор и плечи отношений R_M/R_N напрямую к выводам R_a и R_x, то это приведёт нас к такой реализации измерительного моста (Рисунок 7):

Рис. 7.
Теперь только два паразитных падения напряжения E_пров. являются частями цепи нуль-детектора.

Теперь два крайних падения напряжения E_пров. не оказывают воздействия на нуль-детектор и не влияют на точность измерений сопротивления R

x. Но два оставшихся падения напряжений E_пров. являются проблемой, так как проводник, соединяющий нижний по схеме вывод R_a и верхний по схеме вывод R_x теперь шунтирует оба падения напряжения и по нему будет течь существенный ток, который создаст на этом проводнике своё падение напряжения.

Зная, что левая часть нуль-детектора должна быть подключена к двум крайним выводам сопротивлений R_a и R_x, что бы не вносить ошибки, связанные с паразитными падениями напряжения E_пров. в цепи нуль-детектора, и что любой прямой провод, соединяющий выводы этих сопротивлений R_a и R_x

будет сам нести значительный ток и создавать ещё большее паразитное падение напряжения, то единственным способом преодолеть эту проблему является создание соединения, имеющее существенное сопротивление, между нижнем по схеме выводом R_a и верхнем по схеме выводом R_x (Рисунок 8):

Рис. 8.

Справится с паразитными падениями напряжений между выводами сопротивлений R_a R_x можно путём изменения сопротивления двух новых резисторов таким образом, что бы отношение их величин было бы таким же, как и отношение величин сопротивлений в плече отношений, находящихся по схеме с правой стороны от нуль-детектора. Вот почему эти резисторы были помечены R_m и R_n

в оригинальной схеме двойного моста Кельвина: для обозначения их соразмерности с сопротивлениями R_M и R_N (Рисунок 9):

Рис. 9. Двойной мост Кельвина
Ra и Rx являются низкоомными сопротивлениями.

При отношении R_m/R_n равном отношению R_M/R_N, резистор в плече реостата R_a регулируется до тех пор, пока нуль-индикатор не покажет, что мост сбалансирован, и тогда можно будет сказать, что отношение R_a/R_x равно отношению R_M/R_N, или просто найти R_x из следующего уравнения:

Полное уравнение баланса двойного моста Кельвина выглядит следующим образом (R_пров.

— это сопротивление толстых соединительных проводов между низкоомным образцовым сопротивлением R_a и испытуемым сопротивлением R_x):

До тех пор пока соотношение между R_M и R_N равно отношению между R_m и R_n, уравнение баланса будет не сложнее чем у обычного моста Уитстона, при R_x/R_a равном R_N/R_M, так как последнее выражение в уравнении будет равно нулю, так что будет отсутствовать влияние всех сопротивлений, кроме R_x, R_a, R_M, и R_N.

Во многих двойных мостовых схемах Кельвина R_M=R_m и R_N=R_n. Однако чем меньше значения сопротивлений R

m и R_n, тем более чувствительным должен быть нуль-детектор, потому что там будет меньше последовательное сопротивление. Увеличение чувствительности детектора является полезным, так как оно позволит обнаруживать слабые дисбалансы, и таким образом мост можно будет сбалансировать с большой точностью. Таким образом некоторые высокоточные двойные мосты Кельвина используют сопротивления R_m и R_n со значениями в 100 раз меньше, чем значения сопротивлений R_M и R_N в другом плече. К сожалению, однако, чем ниже значения сопротивлений R_m и R_n, тем больший ток по ним будет течь, что увеличит влияние любого сопротивления в точке подключения R_m и R_n к R_a и R_x. Как вы можете видеть, высокая точность инструмента требует, чтобы учитывались все ошибки различных факторов, и часто лучшее, что может быть достигнуто является компромиссом минимизации двух или более различных видов ошибок.

• ИТОГ:
• Мостовые схемы используют чувствительный индикатор нуля для сравнения двух напряжений на их равенство.
• Мост Уитстона (Wheatstone bridge) может быть использован для измерения сопротивлений путём сравнения сопротивления неизвестного номинала и образцового сопротивления с известной величиной, так же как с помощью лабораторных весов измеряют неизвестный вес путём сравнения его со стандартными грузами.
• Двойной мост Кельвина является вариантом моста Уитстона для измерения очень малых сопротивлений. Его усложнение по сравнению с базовой схемой моста Уитстона является необходимым для избежания ошибок, вносимых паразитными сопротивлениями на пути тока между низкоомным образцовым сопротивлением и сопротивлением, величина которого измеряется.

BACK

Принцип работы мостовой схемы

Принцип работы мостовой схемы измерения продемонстрирован на рисунке 1, а способ ее применения на практике — на рисунке 2.

Рис. 1.

Сопротивление R1 вычисляется исходя из полученного при балансировке измерительно моста соотношения R4/R3, в качестве R2 используется резистор с известным значением. Конечно, сказанное дает только самое общее представление об измерительной схеме моста. На самом деле он устроен гораздо сложнее — современные мосты создаются на основе цифровых процессоров. Микропроцессорное ядро позволяет автоматизировать процедуру измерения (в первых моделях оператор должен был пользоваться калькулятором, сегодня же все расчеты выполняются аппаратурой), обеспечить многофункциональность устройства (многие мосты интегрированы с другими измерительными приборами — мультиметрами, рефлектометрами и т. п.), устранить помехи (посторонние постоянные и переменные напряжения почти всегда присутствуют на жилах кабелей), организовать дальнейшую обработку накопленных результатов измерений (хранение, обмен с компьютером, печать протоколов) и др.

Рис. 2.

Рассмотренный выше мост, используемый для измерения сопротивления, носит имя Уитстона (Wheatstone). Для подключения измеряемых цепей в нем применяются всего две клеммы (B и C). Более сложные схемы реализованы в двух других мостах — Муррея (Murray) и Купфмюллера (Kupfmuller) (рис.3). Здесь измеряемые цепи подключаются с помощью трех клемм (A, B и C). В более сложных схемах Хилборна/Графа (Hilborn/Graf) задействуются четыре клеммы (A, B, B’ и C). Смысл увеличения числа точек подключения станет понятен при рассмотрении схем измерения с применением мостов.

Рис. 3.

Еще один момент. Все упомянутые мостовые схемы используются для измерений при постоянном токе (определяются величины активных сопротивлений, подключенных к клеммам). Кроме того, мостовые схемы Уитстона и Муррея используются для измерений при переменном токе — определяются величины емкостей, подключенных к клеммам (рис. 4). В таких мостах источником напряжения служит генератор синусоидального напряжения.

Рис. 4.

См. также:

 

схема, принцип действия и т.д.

Мост Уитстона — это одна из наиболее часто используемых мостовых схем в контрольно-измерительных приборах.

Схема моста Уитстона часто используется в системах измерения температуры. В этих системах устройство, называемое термометр сопротивления или терморезистор, обычно помещается в одной из ветвей схемы мостика.

Принципиальная схема мостика Уитстона

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Величина тока в мосте Уитстона определяется величиной разности сопротивлений: чем больше разность, тем больше будет течь ток; а если разность сопротивлений меняется, количество протекающего тока будет тоже меняться. Именно это свойство делает схему мосте Уитстона очень полезной в контрольно-измерительных устройствах и системах управления. Точные измерения переменных величин процессов достигаются тем, что переменные параметры процессов изменяют сопротивление в схеме мостика. Даже очень малые изменения величины сопротивления могут быть обнаружены при измерении тока, протекающего через мостик.

Принцип работы моста Уитстона

Схема моста Уитстона имеет два плеча сопротивления, каждое из которых содержит два резистора. Третья ветвь схемы — это соединение между двумя параллельными ветвями. Эта третья ветвь называется мостиком. Ток течет от отрицательной клеммы батарейки к верхней точке мостовой схемы. Затем, ток делится между двумя параллельными ветвями, причем количество тока, протекающее по каждой из ветвей, зависит от величины сопротивления в ветви. Наконец, ток возвращается к положительной клемме батарейки.

При равных величинах сопротивлений равное количество тока течет в каждой из ветвей. По мостику ток не течет, на что указывает нулевое положение измерителя. При этом условии о мостике говорят, что он уравновешен.

Уравновешенная схема мостика Уитстона

При неравных величинах сопротивления в ветвях, ток течет в схеме от ветви с большим сопротивлением к ветви с меньшим сопротивлением. Это будет верно, пока два верхних резистора фиксированы и равны по величине, как это имеет место в схемах мостика Уитстона, используемых в контрольно-измерительных системах. Измеритель на рисунке показывает, что ток в мостике течет слева направо.

Неуравновешенная схема мостика Уитстона

Схема и принцип работы H-моста для управления двигателями

В различных электронных схемах часто возникает необходимость менять полярность напряжения, прикладываемого к нагрузке, в процессе работы. Схемотехника таких устройств реализуется с помощью ключевых элементов. Ключи могут быть выполнены на переключателях, электромагнитных реле или полупроводниковых приборах. Н-мост на транзисторах позволяет с помощью управляющих сигналов переключать полярность напряжения поступающего на исполнительное устройство.

Что такое Н-мост

H-мост

В различных электронных игрушках, некоторых бытовых приборах и робототехнике используются коллекторные электродвигатели постоянного тока, а также двухполярные шаговые двигатели. Часто для выполнения какого-либо алгоритма нужно с помощью электрического сигнала быстро поменять полярность питающего напряжения с тем, чтобы двигатель технического устройства стал вращаться в противоположную сторону. Так робот-пылесос, наткнувшись на стену, мгновенно включает реверс и задним ходом отъезжает от препятствия. Такой режим реализуется с помощью Н-моста. Схема Н-моста позволяет так же изменять скорость вращения электродвигателя. Для этого на один из двух ключей подаются импульсы от широтно-импульсного модулятора (ШИМ).

Схемой управления режимами двигателя является h-мост. Это несложная электронная схема, которая может быть выполнена на следующих элементах:

• Биполярные транзисторы
• Полевые транзисторы
• Интегральные микросхемы

Основным элементом схемы является электронный ключ. Принципиальная схема моста напоминает латинскую букву «Н», отсюда название устройства. В схему входят 4 ключа расположенных попарно, слева и справа, а между ними включена нагрузка.

H-мост

На схеме видно, что переключатели должны включаться попарно и по диагонали. Когда включен 1 и 4 ключ, электродвигатель вращается по часовой стрелке. 2 и 3 ключи обеспечивают работу двигателя в противоположном направлении.  При включении двух ключей по вертикали слева или справа произойдёт короткое замыкание. Каждая пара по горизонтали закорачивает обмотки двигателя и вращения не произойдёт. На следующем рисунке проиллюстрировано, что происходит, когда мы меняем положение переключателей:

Схема работы H-моста

Если мы заменем в схеме переключатели на транзисторы, то получим такой вот (крайне упрощенный) вариант:

H-мост

Для того чтобы исключить возможное короткое замыкание h-мост на транзисторах дополняется входной логикой, которая исключает появление короткого замыкания. В современных электронных устройствах мостовые схемы изменения полярности дополняются устройствами, обеспечивающими плавное и медленное торможение перед включением реверсного режима.

Н-мост на биполярных транзисторах

Транзисторы в ключевых схемах работают по принципу вентилей в режиме «открыт-закрыт», поэтому большая мощность на коллекторах не рассеивается, и тип применяемых транзисторов определяется, в основном, питающим напряжением. Несложный h-мост на биполярных транзисторах можно собрать самостоятельно на кремниевых полупроводниковых приборах разной проводимости.

H-мост на биполярных транзисторах

Такое устройство позволяет управлять электродвигателем постоянного тока небольшой мощности.  Если использовать транзисторы КТ816 и КТ817 с индексом А, то напряжение питания не должно превышать 25 В. Аналогичные транзисторы с индексами Б или Г допускают работу с напряжением до 45 В и током не превышающим 3 А. Для корректной работы схемы транзисторы должны быть установлены на радиаторы. Диоды обеспечивают защиту мощных транзисторов от обратного тока. В качестве защитных диодов можно использовать КД105 или любые другие, рассчитанные на соответствующий ток.

Недостатком такой схемы является то, что нельзя подавать на оба входа высокий потенциал, так как открытие обоих ключей одновременно вызовет короткое замыкание источника питания. Для исключения этого в интегральных мостовых схемах предусматривается входная логика, полностью исключающая некорректную комбинацию входных сигналов.

Схему моста можно изменить, поставив в неё более мощные транзисторы.

Н-мост на полевых транзисторах

Кроме использования биполярных транзисторов в мостовых схемах управления питанием, можно использовать полевые (MOSFET) транзисторы. При выборе полупроводниковых элементов обычно учитывается напряжение, ток нагрузки и частота переключения ключей, при использовании широтно-импульсной модуляции. Когда полевой транзистор работает в ключевом режиме, у него присутствуют только два состояния – открыт и закрыт. Когда ключ открыт, то сопротивление канала ничтожно мало и соответствует резистору очень маленького номинала. При подборе полевых транзисторов для ключевых схем следует обращать внимание на этот параметр. Чем больше это значение, тем больше энергии теряется на транзисторе. При минимальном сопротивлении канала выше КПД моста и лучше его температурные характеристики.

Дополнительным негативным фактором является зависимость сопротивления канала от температуры. С увеличением температуры этот параметр заметно растёт, поэтому при использовании мощных полевых транзисторов следует предусмотреть соответствующие радиаторы или активные схемы охлаждения. Поскольку подбор полевых транзисторов для моста связан с определёнными сложностями, гораздо лучше использовать интегральные сборки. В каждой находится комплементарная пара из двух мощных MOSFET транзисторов, один из которых с P каналом, а другой с N каналом. Внутри корпуса также установлены демпферные диоды, предназначенные для защиты транзисторов.

В конструкции использованы следующие элементы:

• VT 1,2 – IRF7307
• DD 1 – CD4093
• R 1=R 2= 100 ком

Интегральные микросхемы с Н-мостом

В ключах Н-моста желательно использовать комплементарные пары транзисторов разной проводимости, но с одинаковыми характеристиками. Этому условию в полной мере отвечают интегральные микросхемы, включающие в себя один, два или более h-мостов. Такие устройства широко применяются в электронных игрушках и робототехнике. Одной из самых простых и доступных микросхем является L293D. Она содержит два h-моста, которые позволяют управлять двумя электродвигателями и допускают управление от ШИМ контроллера. Микросхема имеет следующие характеристики:

• Питание – + 5 В
• Напряжение питания электромотора – + 4,5-36 В
• Выходной номинальный ток – 500 мА
• Ток в импульсе – 1,2 А

Микросхема L298 так же имеет в своём составе два h-моста, но гораздо большей мощности. Максимальное напряжение питания, подаваемое на двигатель, может достигать + 46 В, а максимальный ток соответствует 4,0 А. Н-мост TB6612FNG допускает подключение двух коллекторных двигателей или одного шагового. Ключи выполнены на MOSFET транзисторах и имеют защиту по превышению температуры, перенапряжению и короткому замыканию. Номинальный рабочий ток равен 1,2 А, а максимальный пиковый – 3,2 А. Максимальная частота широтно-импульсной модуляции не должна превышать 100 кГц.

Мостовые устройства управления электродвигателями часто называют драйверами.  Драйверами так же называют микросхемы, только обеспечивающие управление мощными ключевыми каскадами. Так в схеме управления мощным электродвигателем используется драйвер HIP4082. Он обеспечивает управление ключами, собранными на дискретных элементах. В них используются MOSFET транзисторы IRF1405 с N-каналами. Компания Texas Instruments выпускает большое количество интегральных драйверов предназначенных для управления электродвигателями разных конструкций. К ним относятся:

• Драйверы для шаговых двигателей – DRV8832, DRV8812, DRV8711
• Драйверы для коллекторных двигателей – DRV8816, DRV8848, DRV8412/32
• Драйверы для бесколлекторных двигателей – DRV10963, DRV11873, DRV8332

На рынке имеется большой выбор интегральных мостовых схем для управления любыми электродвигателями. Сделать конструкцию можно и самостоятельно, применив качественные дискретные элементы.

Вантовые мосты. Схемы. Вантовое пролетное строение

Нужен расчёт и полный комплект проектной документации вантового моста? Обращайтесь к нам. ТРАНССТРОЙПРОЕКТ более 10 лет разрабатывает конструкции мостов различного назначения. Наша деятельность сертифицирована. Посмотрите завершенные заказы.

С тех пор как в 1955 году в Швеции был возведен Стремсундский мост, вантовый тип моста стал одним из самых популярных конструктивных разновидностей большепролетных мостов. Многообразие видов и форм интригует как обычных граждан, так даже и самых требовательных архитекторов, а инженеры же находят их технически инновационными и сложными.

Для строительства моста с большепролетным строением вариант вантового моста — самый экономичный.

Данный тип моста состоит из: балки жесткости с расположенным на ней дорожным полотном, пилонов и крепящихся к ним стальным тросам – вантам, удерживающих дорожное полотно. Ванты обеспечивают промежуточные опоры для дорожного полотна, так, что оно может охватывать дальние расстояния.

Прим. Самый длинный пролет имеет вантовый Русский мост в городе Владивосток, Россия. Его длина 1104 метра.

 

Классификация вантовых мостов по их назначению

• Автодорожные вантовые пролетные строения

Примером такого моста является Большой Обуховский мост, получивший в народе простое название Вантовый мост в Санкт-Петербурге. Его конструкция представляет собой два моста с противоположным автомобильным движением: на восток и на запад, а его пилоны стали самыми высокими сооружениями культурной столицы.

• Железнодорожные вантовые пролетные строения

Железнодорожных мостов среди мостов вантового типа гораздо меньше, чем среди мостов, к примеру, ферменного типа. Это обусловлено большей подвижностью дорожного полотна из-за недостаточной жесткости конструкции. Однако вантовый тип больше подходит для размещения железнодорожного полотна, чем висячий.

Первым железнодорожным вантовым мостом стал Новый железнодорожный мост в Белграде между двумя железнодорожными станциями, разделенными рекой Савой.

• Пешеходные вантовые пролетные строения

Движение транспорта на таких мостах запрещено.

Как пример пешеходного вантового моста можно привести Павшинский мост – самый длинный мост Московской области.

• Смешанные вантовые пролетные строения

Оригинальный вантовый мост смешанного назначения под названием мост Миллениум располагается в городе Казань. Его конструкция представляет собой пилон в виде буквы М, под каждой из половинок которой располагается дорожное полотно и огороженная зона для пешеходов.

Схемы вантовых мостов

Проектирование вантового моста начинается с выбора расчетной схемы.

По количеству пилонов, вантовые мосты делятся на:

• Однопилонные
• Многопилонные

По геометрической системе опирания вант на пилон, можно выделить наиболее часто используемые:

• Система «пучок» — все тросы крепятся в одной точке.

Схема вантового двупилонного моста с системой крепления вант — «пучок».

 

 

• Система «веер» — тросы не имеют общих точек на пилоне, расположены не параллельно.

 

Схема вантового двупилонного моста с системой крепления вант — «веер».

 

 

• Система «арфа» — тросы не имеют общих точек, распределены по длине пилона, расположены параллельно.

Схема вантового двупилонного моста с системой крепления вант — «арфа».

 

 

Все выше представленные схемы имеют симметричный тип расположения тросов относительно пилона. Это наиболее часто встречаемый тип расположения.

Несимметричность расположения тросов чаще всего наблюдается в вантовых мостах с системой «пучок».

 Схема вантового однопилонного моста с системой крепления вант — «пучок» и несимметричным расположением их относительно пилона.

 

 

 

Проектирование вантовых пролетных строений с ООО «ТРАНССТРОЙПРОЕКТ»

Наш проектный институт занимается проектированием мостов уже много лет. Этот опыт позволяет нашим специалистам выполнять работу по проекту быстро, легко и с наивысшими показателями качества. Ко всему перечисленному идет большой бонус — доступная стоимость.

Закажите проект моста любой сложности и назначения в нашем проектном институте.

Конструкция моста, виды

Мост

— сооружение, служащее для перевода дороги через какие либо препятствие, например через реку, канал, овраг или другую дорогу.

Мост состоит из опор и пролётного строения (рис. 1). Промежуточные опоры называются быками, крайние — устоями. Пролётное строение (рис. 2) состоит из:

• а) основной несущей конструкции (главных ферм, сводов, арок и т. д ), передающей нагрузку моста на опоры;
• б) проезжей части;
• в) связей продольных и поперечных, объединяющих элементы пролётного строения в одну неизменяемую систему;
• г) опорных частей строения.

В ряде случаев, в железобетонных и каменных, пролётное строение и опоры составляют одно целое или лишены обособленных проезжей части и связей, например бесшарнирные своды, рамные мосты, плитные мосты и т. д.

Основные размеры моста: величина отверстия (в свету между опорами), величина расчётного пролёта, ширина пролётного строения или расстояние между осями ферм, высота пролётного строения и превышение низа конструкции над отметкой горизонта вод.

Рис.1. Схема моста

Величина отверстия малых мостов определяется пропуском наибольшего (расчётного) расхода воды во время половодья и при наибольшем возможном ливне. Величина отверстия для несудоходных рек и несудоходных частей судоходных рек определяется обычно экономическими условиями наименьшей стоимости моста.

Отверстия продета над судоходными частями рек ограничиваются судоходными подмостовыми габаритами. Расстояние от меженного горизонта воды до низа конструкции в судоходных отверстиях определяется высотой судоходного габарита, которая отмеривается от судоходного горизонта (несколько более низкого, чем горизонт самых высоких вод).

Системы мостов и области применения их.

Основные системы пролётных строений — балочные, арочные и висячие, разрезные, неразрезные и консольные.

Основные виды — по материалу: железобетонные, стальные и деревянные.

В металле и дереве возможны все три основные системы — балочная, арочная и висячая; в железобетоне — балочная и арочная.

Применение принципа сборности сближает конструктивные формы из всех трех материалов.

Получают широкое применение комбинированные конструкции, например стальные балки с железобетонной плитой или железобетонные балки со стальным шпренгелем и др.

В мостостроении основным строительным материалом является железобетон, обладающий преимуществами перед другими материалами (долговечность, меньшие эксплуатационные расходы, малый расход стали и т. д.).

Железобетонные

Большое значение в применении к мосту имеет сборный железобетон, существенно облегчающий монтаж конструкций. Сборные желебетонные мосты монтируются в основном так же, как стальные. При небольших пролётах железобетоные пролётные строения могут быть поставлены опоры краном в целом виде.

Металлические

Основным преимущество металлическх — высокая индустриальность и в связи с этим короткие сроки и малая трудоёмкость изготовления и монтажа, а также сравнительно небольшой вес пролётного строения. Поэтому главная область применения металла в мостостроении — больше пролётов, где эти преимущества имеют еще существенное значение.

Рис. 2. Элементы металлического пролетного строения: 1 — главные фермы; 2 — проезжая часть, ездовое полотно; 3 — продольные балки; 4 — поперечные балки;

5 — опорные части.

Другая область применения металлических мостовых конструкций — подвижные мосты (разводные, разборные возимые и наплавные, напр. военные, для которых существенно важны транспортабельность, быстрота возведения и т. д.).

Деревянные

Преимуществом деревянных — является использование местного материала (леса), малый вес и лёгкая обработка материала. Невысокая долговечность деревянных конструкций ограничивает применение их во временных или в мостах пониженной капитальности. Однако консервирование древесины значительно повышает срок службы деревянных конструкций. .

Развитие мостовой конструктивной формы

Древнейшими материалам для моста были дерево и камень. Древние деревянные мосты не сохранились, однако известны значительное количество мостов, существовавшие до н. э. (через рр. Тибр, Дунай, Рейн и др ). Деревянные мосты средних веков и эпохи Возрождения имели в основном простую балочную и подкосную форму.

В древние и средние века получила широкое npименение основная форма каменных — арочная (в Риме, Испании, Китае). В Древней Руси — были деревянные, через большие реки обычно наплавные ( нач. 12 в. через Днепр в Киеве), а также на ряжах ( в Новгороде). В Армении и Грузи лучили развитие каменные; большой смелостью выполнения отличаются, например на р. Беслети (Грузии 12 в.), Санаинский (Армения, 1234).

В эпоху Возрождения мосты приобрели современную конструктивную форму. В 17—18 вв. лучшие каменные — строились во Франции. В 1716 там был учрежден «Корпус мостов и дорог». В это время начался переход от эмпирических приёмов конструирования к расчету. Некоторые — построенные французким инженером Ж. Р. Перроне и его учениками (конец 18 в.), удивляют до сих пор смелостью решения (рис. 3). Первый в Москве каменный (Троицкий) был построен в нач. 16 в. через реку Неглинку у стен Кремля; однако развитие каменных мостов происходило весьма медленно.

Во 2-й пол. 17 в. построен Большой Каменный (Всехсвятскип) через р. Москву. В 18 в. в основном продолжалось строительство деревянных. Первые мост в Петербурге, а также на «перспективе» Москва — Петербург были деревянными — свайными и наплавными. В конце 18 в. началось усиленное строительство каменных (Чернышёв мост через Фонтанку и др.).

Рис. 3. Мост в Понт-Сент-Моксане (Франция). 1786.

Интенсивное развитие капиталистического производства, а также транспорта в конце 18 в. обусловило подъём мостостроения на более высокий уровень, появляются чугунные, затем железные и, наконец, железобетонные, каменные — потеряли своё прежнее значение, деревянные строились как — местного значения или временные.

Первые чугунные мосты (арочные) появились в конце 18 в. в Англии — 1779, в России—1784. Русским инженером С. В. Кербедзом был создан в 1850 Николаевский мост. в Петербурге, впоследствии переименованный в мост им. лейтенанта Шмидта, самый большой в своё время по длине чугунный мост в мире.

Широкое строительство железных дорог стимулировало использование железа в мостостроении. В России первые железные мосты были балочные многорешётчатой системы ( Петербургско-Варшавской железно-дорожный через реку Лугу.

В 70-х гг. по инициативе Н. А. Белелюбского стали строить многораскосные — со сжатыми стойками и растянутыми раскосами. Он усовершенствовал их конструкцию в дальнейшем, например в построенном в 1879 мосту через реку Волгу у Сызрани и мост Сибирской железнодорожный Современник Белелюбского Л. Д. Проскуряков ввёл применяемую и теперь треугольную решётку ферм и создал непревзойдённые в своё время по лёгкости со пшренгельной решёткой, например — через р. Енисей Сибирской железнодорожный (1896).

То же изменение конструкции характерно для зарубежных стран. В 80-х гг. 19 в. по инициативе Белелюбского в России при сроительстве мостов ранее, чем в других странах, сварочное железо было заменено литым (сталью).

Рис. 4. Мост через реку Лугу 19857 г.

За рубежом — связи со сложным рельефом местности получили распространение арочные, к наиболее эффектным относится построенный в 1887 инж. А. Г. Эйфелем виадук Гараби во Франции. Строятся также неразрезные и консольно-балочные мосты больших пролётов (через реку Св. Лаврентия в Канаде пролётом 547 м).

На шоссейных дорогах наряду с деревянными мостами нач. 19 в. строились висячие, в которых проезжая часть подвешена к цепи или кабелю, перекинутым через пилоны. Первый цепной — был сооружён в Америке в 1796, затем цепные — появились в Англии России. Пролёты их быстро увеличивались, в 1826 в Англии был построен мост пролётом 176 м через Менийский пролив А. Л. Витберг в России (1809), а затем Л. Навье и М. Сеген во Франции предложили заменить цепь кабелем, что облегчило сооружение висячих мостов и дало возможность довести пролёты до 300 м (Фрейбургский 1834).

В Америке сооружение висячих мостов продолжалось с большим успехом (в 1937 в Сан-Франциско — пролётом 1270 м, в 1956 в Нью-Йорке — 1450 м).

На шоссейных дорогах и в городах для перекрытия больших пролётов строятся и арочные (в Сиднее — пролёт 503 м и около Нью-Йорка — 528 м). В России на шоссейных дорогах строились деревянные, достигшие высокой степени совершенства, — арочные — через рр. Нарову, Вепрж, Любань, через реки и каналы в Петербурге и др.

Первым висячим мостом на Европейском континенте был Пантелеймоновский — через реку Фонтанку в Петербурге (1823) пролётом 37 м при общей длине 54 м. Висячая система была применена также на большом — через р. Днепр у Киева и на Варшавском шоссе через р. Великую у г. Острова.

В конце 19 в. началось строительство железобетонных мостов — сводчатых, балочных и затем рамных. Помимо сводчатых, повторяющих конструктивные формы каменных, но с более лёгким надсводным строением, часто с пустотелыми сводами, возводились с ребристыми сводами, с отдельными арками и развитой проезжей частью.

Пролёты арочных железобетонных — достигают 250—300 м. В России начали строятся железобетонные — в самом конце 19 в. На юге России в нач. 20 в. было построено довольно большое количество железобетонных — малых пролётов. На железных и шоссейных дорогах был построен ряд весьма крупных виадуков.

В СССР железобетонные — получили широкое развитие. В 30-х и 40-х гг. применялись в основном монолитные, многие из которых имели большие размеры (мост Володарского в Ленинграде пролётом 138 м, через канал им. Москвы, Москворецкий — в Москве, через Днепр в Днепропетровске и Запорожье пролётом 140 м и 228 м и др.).

В 50-х гг. получают распространение сборные железобетонные, в т. ч. предварительно напряжённые. В США построен сборный предварительно напряжённый балочной конструкции длиной более 38 км. В СССР сборные балочные конструкции служат для перекрытия большинства малых, в значит, степени средних, а иногда и больших пролётов, в сборном исполнении строятся также крупные арочные (через Енисей в Красноярск), построен мост-метро в Москве.

Стальные в СССР строились в большинстве балочными, на железной дороге обычно разрезными. Получают распространение сварные.

Первый большой цельносварной — был сооружён в 1938 в Ленинграде по проекту Г. П. Передерия взамен старого чугунного моста им. лейтенанта Шмидта (б. Николаевского).

К новым сварным — относятся открытый в 1953 М. им. акад. Е. О. Батона (Новодницкий М.) через р. Днепр в Киеве, в 1957 — Ново-Арбатский мост в Москве и др. Сооружён ряд крупных балочных — комбинированной системы — стальные балки с железобетонной плитой (Ново-Арбатский в Москве, через р. Даугава в г. Риге, 1957, и др.).

На реках при скалистом грунте или в городах применялись арочные (через р. Днепр у Запорожья, через р. Оку в Горьком, Большой Каменный в Москве и др.).

На автогужевых и подвесных дорогах и в городах сооружаются висячие — в виде вантовых ферм, стержни которых состоят из канатов, обладающие большой жёсткостью и экономичностью, или на цепях (Крымский в Москве), или на кабелях (через р. Кузнечиху в г. Архангельске.

Применяются комбинированные системы — балки с гибкой аркой (через р. Белую в г. Уфе).

Деревянные автодорожные мосты применяются в основном простых балочных конструкций, изготовляемых на строительных дворах. Для перекрытия больших пролётов при невозможности использования других материалов строят деревянные, комбинированной системы — балка с аркой.

Схемы моста переменного тока

Как мы видели с цепями измерения постоянного тока, конфигурация схемы, известная как мост, может быть очень полезным способом измерения неизвестных значений сопротивления. Это верно и для AC, и мы можем применить тот же принцип к точному измерению неизвестных импедансов.

Для обзора мостовая схема работает как пара двухкомпонентных делителей напряжения, подключенных к одному и тому же источниковому напряжению, с подключенным между ними соединением счетчика нулевого детектора, чтобы указать состояние «баланса» при нулевом напряжении: (рисунок ниже )

Сбалансированный мост показывает «нулевой» или минимальный показатель на индикаторе.

Любой из четырех резисторов в вышеуказанном мостике может быть резистором неизвестного значения, и его значение может быть определено отношением остальных трех, которые «откалиброваны», или сопротивление которых известно в определенной степени. Когда мост находится в сбалансированном состоянии (нулевое напряжение, как указано нулевым детектором), соотношение получается следующим образом:

Одним из преимуществ использования мостовой схемы для измерения сопротивления является то, что напряжение источника питания не имеет значения. Практически говоря, чем выше напряжение питания, тем легче обнаруживать условие дисбаланса между четырьмя резисторами с нулевым детектором, и, следовательно, более чувствительным оно будет. Более высокое напряжение питания приводит к возможности увеличения точности измерения. Однако принципиальная ошибка, возникающая в результате меньшего или большего напряжения питания, в отличие от других типов схем измерения сопротивления.

Импедансные мосты работают одинаково, только уравнение баланса имеет комплексные величины, так как величина и фаза по компонентам двух разделителей должны быть равны, чтобы нулевой детектор указывал «ноль». Нулевой детектор, конечно, должен Быть устройством, способным обнаруживать очень малые напряжения переменного тока. Для этого часто используется осциллограф, хотя очень чувствительные электромеханические измерительные приборы и даже наушники (малые громкоговорители) могут использоваться, если частота источника находится в диапазоне звука.

Один из способов максимизации эффективности аудио наушников в качестве нулевого детектора — подключить их к источнику сигнала через трансформатор, совместимый с полным сопротивлением. Динамики для наушников обычно представляют собой устройства с низким сопротивлением (8 Ом), требующие значительного тока для привода, и поэтому понижающий трансформатор помогает «согласовывать» сигналы с малым током с импедансом громкоговорителей для наушников. Для этой цели хорошо работает звуковой выходной трансформатор: (рисунок ниже )

«Современные» наушники с низким уровнем шума требуют трансформатора, совместимого с полным сопротивлением, для использования в качестве чувствительного нулевого детектора.

Используя пару наушников, которые полностью окружают уши (тип «закрытой чашки»), я смог обнаружить токи менее 0,1 мкА с помощью этой простой схемы детекторов. Грубо равная производительность была достигнута с использованием двух различных понижающих трансформаторов: небольшого силового трансформатора (отношение 120/6 вольт) и аудио выходного трансформатора (коэффициент сопротивления 1000: 8 Ом). При использовании кнопочного выключателя для прерывания тока эта схема может использоваться для обнаружения сигналов от постоянного тока до более чем 2 МГц: даже если частота намного выше или ниже диапазона звукового сигнала, «щелчок» будет слышен из наушников каждый раз, когда Переключатель нажат и отпущен.

Подключенный к резистивному мосту, вся схема выглядит как рисунок ниже .

Мост с чувствительным детектором переменного тока.

При прослушивании наушников, когда настроено одно или несколько «рычагов» резистора моста, условие баланса будет реализовано, когда в наушниках не будет производиться «щелчок» (или тона, если частота источника питания моста находится в пределах диапазона звукового давления ) При включении переключателя.

При описании общих мостов переменного тока, где импедансы, а не только сопротивления должны быть в правильном соотношении для баланса, иногда полезно нарисовать соответствующие ветви моста в виде коробчатых компонентов, каждый из которых имеет определенный импеданс: (рисунок ниже )

Обобщенный мост полного сопротивления: Z = неспецифический комплексный импеданс.

Для того, чтобы этот общий вид моста переменного тока был сбалансирован, коэффициенты импеданса каждой ветви должны быть равны:

Опять же, следует подчеркнуть, что величины импеданса в приведенном выше уравнении должны быть сложными, учитывая как величину, так и фазовый угол. Недостаточно сбалансировать величины импеданса; Без фазовых углов в балансе также будет напряжение на клеммах нулевого детектора, и мост не будет сбалансирован.

Мостовые схемы могут быть сконструированы для измерения практически любого желаемого значения устройства, будь то емкость, индуктивность, сопротивление или даже «Q.» Как всегда в схемах измерения моста, неизвестная величина всегда «сбалансирована» по известному стандарту, полученному из Высококачественный, откалиброванный компонент, который можно настроить в значении до тех пор, пока нулевое детекторное устройство не покажет состояние баланса. В зависимости от того, как настроен мост, значение неизвестного компонента может быть определено непосредственно из настройки откалиброванного стандарта или получено из этого стандарта с помощью математической формулы.

Ниже представлена ​​пара простых мостовых схем: одна для индуктивности (рис. Ниже ) и одна для емкости: (рисунок ниже )

Симметричный мост измеряет неизвестную катушку индуктивности по сравнению со стандартным индуктором.

 

Симметричный мост измеряет неизвестный конденсатор по сравнению со стандартным конденсатором.

Простые «симметричные» мосты, такие как эти, называются так потому, что они демонстрируют симметрию (сходство зеркального изображения) слева направо. Две приведенные выше схемы моста сбалансированы путем настройки откалиброванного реактивного компонента (L _s или C _s ). Они немного упрощены от их реальных аналогов, так как практические симметричные мостовые схемы часто имеют калиброванный переменный резистор последовательно или параллельно с реактивным компонентом для уравновешивания блуждающего сопротивления в неизвестном компоненте. Но в гипотетическом мире совершенных компонентов эти простые мостовые схемы прекрасно подходят для иллюстрации базовой концепции.

Пример небольшой дополнительной сложности, добавленной для компенсации реальных эффектов, можно найти в так называемом мосту Wien , который использует стандартный импеданс резистора параллельного конденсатора для баланса неизвестной серии конденсатор-резистор. (Рис. Ниже ). Все конденсаторы имеют некоторое внутреннее сопротивление, будь то буквальное или эквивалентное (в виде потерь на диэлектрическое нагревание), которые имеют тенденцию испортить их совершенно совершенную реактивную природу. Это внутреннее сопротивление может представлять интерес для измерения, и поэтому мост Wien пытается сделать это, создавая балансирующий импеданс, который также не является «чистым»:

Wein Bridge измеряет как емкостные C _{x, так} и резистивные компоненты R _x «реального» конденсатора.

Поскольку у вас есть два стандартных компонента (резистор и конденсатор), для этого моста потребуется немного больше времени для баланса, чем остальные, которые мы видели до сих пор. Объединенный эффект R _s и C _s заключается в изменении величины и фазового угла, пока мост не достигнет состояния равновесия. Как только этот баланс будет достигнут, настройки R _s и C _s могут быть считаны из их калиброванных регуляторов, параллельный импеданс двух определяемых математически, а неизвестная емкость и сопротивление определяются математически из уравнения баланса (Z ₁ / Z ₂ = Z ₃ / Z ₄ ).

В работе моста Wien предполагается, что стандартный конденсатор имеет незначительное внутреннее сопротивление, или, по крайней мере, это сопротивление уже известно, так что оно может быть учтено в уравнении баланса. Мосты Wien полезны для определения значений конструкций конденсаторов с «потерями», таких как электролитики, где внутреннее сопротивление относительно велико. Они также используются в качестве частотных счетчиков, поскольку баланс моста зависит от частоты. При использовании таким образом конденсаторы фиксируются (и обычно имеют одинаковое значение), а верхние два резистора становятся переменными и регулируются с помощью той же ручки.

Интересная вариация этой темы находится в следующей схеме моста, используемой для точной измерения индуктивности.

Мост Максвелла-Вейна измеряет индуктивность по стандарту конденсатора.

Эта гениальная мостовая схема известна как мост Максвелла-Вена (иногда известный как мост Максвелла ) и используется для измерения неизвестных индуктивности с точки зрения откалиброванного сопротивления и емкости. (Рис. Выше ). Индукторы калибровочного класса сложнее изготавливать, чем конденсаторы с одинаковой точностью, поэтому использование простого «симметричного» индуктивного моста не всегда практично. Поскольку фазовые сдвиги индукторов и конденсаторов полностью противоположны друг другу, емкостный импеданс может уравновешивать индуктивный импеданс, если они расположены в противоположных ногах моста, как они есть здесь.

Другим преимуществом использования моста Максвелла для измерения индуктивности, а не симметричного моста индуктивности является устранение ошибки измерения из-за взаимной индуктивности между двумя катушками индуктивности. Магнитные поля могут быть трудно экранированы, и даже небольшое количество связей между катушками в мосту может привести к существенным ошибкам в определенных условиях. При отсутствии второго индуктора для взаимодействия с мостом Максвелла эта проблема устраняется.

Для простой работы стандартный конденсатор (C _s ) и резистор параллельно с ним (R _s ) становятся переменными, и оба должны быть настроены для достижения баланса. Тем не менее, мост можно заставить работать, если конденсатор фиксирован (не переменный) и более одного резистора, сделанного переменной (по крайней мере, резистор параллельно с конденсатором и один из двух других). Однако в последней конфигурации для достижения баланса требуется больше коррекции проб и ошибок, так как различные переменные резисторы взаимодействуют в балансирующей величине и фазе.

В отличие от простого моста Вены баланс моста Максвелла-Вена не зависит от частоты источника, и в некоторых случаях этот мост может быть выполнен для балансировки при наличии смешанных частот от источника переменного напряжения, причем предельным фактором является устойчивость индуктора В широком диапазоне частот.

Есть больше вариантов, выходящих за рамки этих проектов, но полное обсуждение здесь не оправдано. Изготовлены универсальные импедансные мостовые схемы, которые могут быть преобразованы в более чем одну конфигурацию для максимальной гибкости использования.

Потенциальной проблемой в чувствительных цепях переменного тока является то, что паразитная емкость между концом блока нулевого детектора и потенциалом земли (земли). Поскольку емкости могут «проводить» переменный ток посредством зарядки и разрядки, они образуют пустые токовые дорожки к источнику переменного напряжения, которые могут влиять на баланс моста: (рисунок ниже )

Плавная емкость на землю может вносить ошибки в мост.

В то время как измерители ручного типа неточны, их принцип работы не является. Вместо механического резонанса мы можем заменить электрический резонанс и сконструировать частотомер с использованием индуктора и конденсатора в виде схемы резервуара (параллельный индуктор и конденсатор). Один или оба компонента настраиваются, а метр помещается в цепь, чтобы указать максимальную амплитуду напряжения на двух компонентах. Ручки регулировки калибруются для отображения резонансной частоты для любой заданной настройки, и частота считывается из них после того, как устройство было настроено для максимальной индикации на счетчике. По сути, это настраиваемая схема фильтра, которая настраивается, а затем считывается способом, аналогичным мостовой схеме (которая должна быть сбалансирована для «нулевого» состояния, а затем читать). Проблема ухудшается, если источник напряжения переменного тока надежно заземлен с одного конца, полное полное сопротивление импеданса для токов утечки, сделанное намного меньше, и любые токи утечки через эти паразитные емкости в результате увеличились: (рисунок ниже )

Ошибки в паразитной емкости более серьезны, если одна сторона источника питания переменного тока заземлена.

Одним из способов значительного уменьшения этого эффекта является поддержание нулевого детектора в потенциале земли, поэтому между ним и землей не будет переменного напряжения, и, следовательно, нет тока через паразитные емкости. Однако прямое подключение нулевого детектора к земле не является вариантом, так как это создало бы прямой путь тока для блуждающих токов, который был бы хуже любого емкостного пути. Вместо этого специальная схема делителя напряжения, называемая землей Вагнера или землей Вагнера, может использоваться для поддержания нулевого детектора при потенциале земли без необходимости прямого подключения к нулевому детектору. (Рисунок ниже )

Основание Вагнера для подачи переменного тока минимизирует влияние паразитной емкости на землю на мосту.

Схема заземления Вагнера представляет собой не что иное, как делитель напряжения, рассчитанный на соотношение напряжения и фазовый сдвиг по каждой стороне моста. Поскольку средняя точка делителя Вагнера напрямую заземлена, любая другая схема делителя (включая обе стороны моста), имеющие одинаковые пропорции напряжения и фазы как делитель Вагнера и питаемые от одного и того же источника переменного напряжения, будет находиться под потенциалом земли, поскольку Что ж. Таким образом, делитель земли Вагнера заставляет нулевой детектор находиться под потенциалом земли, без прямого соединения между детектором и землей.

В соединении с нулевым детектором часто имеется положение для подтверждения правильной настройки схемы делителя земли Вагнера: двухпозиционный переключатель (рис. Ниже ), так что один конец нулевого детектора может быть подключен либо к мосту, либо к Вагнеру Земля. Когда нулевой детектор регистрирует нулевой сигнал в обоих положениях переключателя, мост не только гарантированно сбалансирован, но и нулевой детектор также будет иметь нулевой потенциал относительно земли, что исключает любые ошибки из-за токов утечки через блуждающий детектор К-земля:

Положение переключателя позволяет регулировать землю Вагнера.

• ОБЗОР:
• Мостовые цепи переменного тока работают по тому же основному принципу, что и схемы моста постоянного тока: что сбалансированное соотношение импедансов (а не сопротивлений) приведет к «сбалансированному» состоянию, указанному устройством с нулевым детектором.
• Нулевыми детекторами для мостов переменного тока могут быть чувствительные электромеханические измерения счетчиков, осциллографы (ЭЛТ), наушники (усиленные или неусиленные) или любое другое устройство, способное регистрировать очень малые уровни напряжения переменного тока. Подобно детекторам постоянного тока, его единственная требуемая точка точности калибровки равна нулю.
• Мостовые цепи переменного тока могут иметь «симметричный» тип, где неизвестный импеданс уравновешивается стандартным сопротивлением аналогичного типа на одной и той же стороне (сверху или снизу) моста. Или они могут быть «несимметричными», используя параллельные импедансы для балансировки последовательных импедансов или даже емкости, уравновешивающие индуктивность.
• Мосты переменного тока часто имеют более одной регулировки, поскольку как импеданс, так и фазовый угол должны быть надлежащим образом согласованы для баланса.
• Некоторые импедансные мостовые схемы чувствительны к частоте, а другие нет. Частотно-чувствительные типы могут использоваться в качестве устройств измерения частоты, если все значения компонентов точно известны.
• Земля Вагнера или земля Вагнера — это цепь делителя напряжения, добавленная к мостам переменного тока, чтобы уменьшить ошибки из-за паразитной емкости, связывающей нулевой детектор с землей.

Мост в жизнь | Ресурсы для учеников

Этот проверенный ресурс дает вам библейские стихи, чтобы объяснить, почему нам нужна жертва Иисуса на Кресте, чтобы решить нашу величайшую проблему: отделение от Бога.

Если вы не уверены, отдали ли друзья свою жизнь Христу, это отличный способ помочь им принять это решение.

Нарисуйте эту схему на листе бумаги, чтобы шаг за шагом познакомить кого-нибудь с Евангелием. Помогает иметь стихи под рукой, отмеченные закладками в Библии или приложении Библии.Цифры показывают порядок публикации.

Шаг 1: Бог

[Нарисуйте горизонтальную линию с правой стороны с надписью «БОГ» над ней, затем добавьте стихи и маркеры под линией по мере их публикации]

Бог сотворил нас с целью, чтобы быть в отношениях с Ним и наслаждаться всей полнотой жизни с Ним.

Иоанна 3:16

• Что Бог хочет, чтобы вы знали в первой части стиха? (Бог любит нас)
• Что в последней строке говорится, что Бог хочет, чтобы вы имели? (Бог хочет дать нам жизнь вечную)

Иоанна 10:10

• Какую жизнь Иисус хочет дать вам на земле? (Жизнь в изобилии)
• Как вы думаете, какими будут некоторые внутренние характеристики этой полной, изобильной жизни, которую Иисус хочет дать вам? (Цель, влияние, значение, мир, радость, любовь и принятие)
• Как вы думаете, все, кого вы знаете, переживают эту изобильную жизнь? Давайте посмотрим, что Библия говорит о том, что этому препятствует.

Шаг 2: Наша проблема

[Проведите горизонтальную линию слева с надписью «НАША ПРОБЛЕМА» над ней]

У нас есть проблема, которую мы не можем решить самостоятельно.

Римлянам 3:23

• В чем проблема человечества? (Все согрешили)
• Что такое грех? (Подобно стреле, не попавшей в цель, мы не оправдываем замысла Бога для нас. Все мы сделали то, что не должны были делать, и оставили невыполненным то, что должны были сделать.)
• Что является результатом греха? (Отделение от Бога)
  [Проведите две вертикальные линии, чтобы образовалась пропасть]

Римлянам 6:23

• Заработная плата — это то, что мы зарабатываем своими действиями.Что мы зарабатываем своим грехом? (Смерть)
• Есть два типа смерти. Кто они такие? (физическое и духовное)

Наш грех отделяет нас от Бога на вечность, если мы каким-то образом не освобождаемся от расплаты за него.

Евреям 9:27

• Что происходит после смерти? (Нам грозит суд за грех, который мы совершаем)
• Для нас это выглядит мрачно. Каким образом вы или ваши знакомые пытались встать на сторону Бога? (Хождение в церковь, молитва, помощь людям)

Бог видит безвыходное положение, в котором мы находимся, и предлагает выход.

Ефесянам 2: 8-9

• Можем ли мы сделать все возможное, чтобы преодолеть разделение между нами и Богом? (Нет, мы спасены благодатью, то есть незаслуженной любовью. Добрые дела = недостаточно)

Шаг 3: решение Бога

[Нарисуйте крест]

Мы не можем построить мост к Богу, но Иисус Христос — это мост Бога для нас.

Римлянам 5: 8

• Как Бог показал, что любит нас, хотя мы грешники? (Иисус умер за нас, чтобы заплатить за наш грех)

1 Петра 3:18

• Почему Иисус умирает на кресте и воскресает — такая хорошая весть для нас? (Это позволяет нам быть с Богом сейчас на Земле и вечно на Небесах, потому что Иисус победил и наш грех, и смерть, умерев и воскреснув.Это христианское Евангелие!)

Шаг 4: Наш ответ

Каждый из нас должен откликнуться на то, что Бог предлагает нам.

Иоанна 1:12

• Как стать чадом Божьим? (Веруя и принимая Иисуса, полагаясь на Его жертву как плату за свой личный грех).

Откровение 3:20

• Что Иисус пытается показать здесь, когда предлагает войти и поесть с нами? (что он хочет иметь с нами личные отношения)

Следующие шаги

Примите Иисуса, что так же просто, как ABC

Признайте , что вы грешник, который нуждается в Спасителе, и попросите Бога простить вас и помочь вам отвернуться от греха.

Верьте Иисус умер за вас и воскрес, победив грех и смерть.

Посвятите свою жизнь следованию за Иисусом, полностью доверившись Ему и давая Ему власть принимать решения как Господу своей жизни.

Поговори с Иисусом прямо сейчас

Вы можете поговорить с Иисусом прямо сейчас, чтобы принять его. Вы можете повторить за мной или сформулировать это своими словами:

«Отец Бог, я знаю, что я грешник, и мне нужно, чтобы ты меня простил.Я знаю, что ваш сын Иисус умер мучительной смертью и воскрес, чтобы мои грехи были смыты начисто. Спасибо. Я хочу сделать тебя Господином своей жизни, и я буду доверять Тебе и следовать за тобой. Все, что у меня есть, теперь твое. Во имя Иисуса, аминь ».

Приключение впереди

Теперь, когда наши отношения восстановлены, мы можем присоединиться к нему в восстановлении всего, что сломано и повреждено грехом! Это включает в себя помощь вашим друзьям в отношениях с Иисусом, установление справедливости там, где есть несправедливость, исцеление там, где есть боль, и надежда там, где есть отчаяние.

Все цитаты из Священных Писаний, если не указано иное, взяты из Библии, New International Version®, NIV®. Авторское право © 1973, 1978, 1984, 2011 компанией Biblica, Inc. ™ Используется с разрешения Zondervan. Все права защищены по всему миру. www.zondervan.com «NIV» и «Новая международная версия» являются товарными знаками, зарегистрированными в Бюро патентов и товарных знаков США компанией Biblica, Inc. ™

Мост в жизнь © 1976 The Navigators, все права защищены.

«Мост в жизнь» также доступен в виде буклета.Заказ от НавПресс.

Поделитесь этим Инструмент ученичества Navigator

Загрузите удобный для печати PDF-файл Моста к жизни, чтобы пройти мимо. Инструменты ученичества Navigator разработаны для того, чтобы делиться ими с участниками вашего изучения Библии, церковной группой и теми, кого вы наставляете.

Получить ресурс

3. Мост | Bible.org

Цель: Цель этого занятия — познакомить ученика с представлением Евангелия на мосту.

Цели

1. Ученик познакомится с Мостом как инструментом евангелизации.

2. Ученик выучит наизусть важные стихи, связанные с Мостом.

3. Ученик станет уверенным в использовании Моста.

Повестка дня

1. Взаимодействие, ответственность и молитва.

2. Демонстрация моста учеником ученику.

3. Обсудите трудности, с которыми может столкнуться ученик.

4.Ученик представляет Мост.

Введение

Схема Моста — это просто инструмент, используемый многими верующими для объяснения плана спасения неверующему. Это визуальное выражение, помогающее понять духовную концепцию спасения.

Важно, чтобы каждый верующий был уверен в своей способности объяснять Евангелие и давать четкие указания о том, как ему следует реагировать, чтобы обрести спасение.

Как только кто-то освоится и освоится с этим инструментом, он позволит ему сделать четкую и лаконичную презентацию за относительно короткий период времени.Все, что нужно, это карандаш и что-то для письма: бумага, салфетка, визитка (маленькая, но все же возможная).

Рисуя линии на диаграмме Моста, вы говорите духовные истины из Слова Божьего, тем самым обеспечивая наглядное представление процесса спасения, которое человек может унести домой.

Возможности для презентации моста

Часто мы оказываемся в положении, когда у нас есть прекрасная возможность поделиться своей верой, и мы так нервничаем и боимся, что скажем что-то не то, что в конечном итоге вообще ничего не скажем! Такого больше никогда не будет, если вы научитесь преподносить Мост и будете его практиковать.Возможно, вы вступаете в дискуссию с другом-нехристианином, и у вас есть возможность сказать ему, во что вы верите. Вы можете сказать: «Могу я нарисовать эту диаграмму, чтобы помочь вам понять, что я говорю?» Или, может быть, вы чувствуете

Необходимость задать вопрос вроде: «Знаете ли вы, если бы вы умерли сегодня вечером, то отправились бы на небеса?» Если ответ отрицательный, то вы можете предложить показать им схему Моста, чтобы помочь объяснить, что Бог говорит в Библии, что вы можете знать, что у вас есть вечная жизнь.Иллюстрацию с мостом можно создать примерно за 15 минут.

Представляя мост

Мост представлен в четырех секциях:

Любовь Бога

Проблема человека

Божье средство

Мужской ответ

В каждом разделе есть соответствующий отрывок из Священного Писания, который нужно запомнить и использовать, чтобы ваше изложение было гладким и полным могущественного Слова Божьего. . Когда вы научитесь и будете практиковать представление Моста, это станет для вас очень естественным.Помните, что это всего лишь инструмент, помогающий сообщить Благую Весть об Иисусе Христе. Именно Святой Дух движет сердцами и дает понимание.

Представляя мост

Нарисуйте две линии со словом «Бог» справа и «Человек» слева.

Главный момент — Божья любовь

• Сначала поговорите о Боге и объясните, что Библия учит, что Бог любит нас и что Он хочет, чтобы мы жили полной жизнью. Прочтите Иоанна 10:10
• Человек был создан, чтобы проводить время с Богом, быть Его другом и испытывать Его любовь.Бытие 1:27
• Человек не был создан как робот. Бог дал человеку свободу воли

Примеры вопросов

• Что значит жить полной жизнью?
• Сколько из ваших друзей живут полной жизнью?
• Когда вы думаете о Боге, кто Он и каков Он?

Главный момент — Проблема человека

• Человек отвернулся от Бога. Исайя 53: 6
• Результатом человеческого греха является отделение от Бога, Римлянам 3:23
• Плата за грех — смерть Римлянам 6:23
• Назначен для мужчин, чтобы умереть один раз, и после этого наступает суд.Евреям 9:27
• Все мужчины в одинаковом безвыходном положении.
• Мнение Бога — единственное, что имеет значение.

Примеры вопросов

• Согласитесь, что все как-то согрешили?
• Как бы вы дали определение греху?
• По вашему мнению, каковы последствия греха?
• Когда вы думаете о смерти, о чем вы думаете?

Главный момент — Божье средство

• Обсудите тот факт, что Бог все еще любит нас и желает, чтобы мы знали Его лично.
• Мы ничего не можем сделать, чтобы восполнить пробел.
• Иисус Христос — Бог, а также человек.
• Когда Христос добровольно умер на кресте, Он занял наше место. Он заплатил за наши грехи и преодолел за нас брешь.

Примеры вопросов

• Если смерть — это разлука с Богом, то что такое жизнь?
• Как вы понимаете, кто такой Христос и почему он умер?
• Знакома ли вам смерть Христа как заместительная смерть, как учит Библия?

Главный момент — реакция человека

• Христос дал нам возможность перейти к Богу, но нам нужно предпринять действия, демонстрирующие, что мы верим в то, что Христос сделал для нас.
• Молясь Богу, мы должны согласиться с Богом в том, что мы согрешили, и принять Иисуса как плату за наши грехи.
• Верить во Христа также означает верить в то, что Он говорит в Священном Писании.

Примеры вопросов

• Что мы получаем, когда слышим и верим?
• Согласно этим стихам, как перейти к Богу?
• Где бы вы поместили себя на этой иллюстрации?
• Есть ли причина, по которой вы не должны принимать Иисуса и Его дар вечной жизни?

Иллюстрация «Представляя мост к жизни», © Navigators, 1969, 2007; перепечатывается с разрешения NavPress, все права защищены.

Приложение Life

Практикуйтесь в использовании иллюстрации «Мост», пока вы не освоитесь с ней и не научитесь использовать все Священные Писания. Часто обновляйте свою память, чтобы всегда быть готовым помочь кому-то понять Божий план спасения. Используйте приведенную ниже схему, чтобы попрактиковаться в собственном представлении Моста.

Типы мостов. 7 основных типов

Всего существует 7 основных типов мостов : Арочный мост, Балочный мост, Вантовый мост, Консольный мост, Висячий мост, Ферменный мост, Связанный арочный мост.Способ управления вертикальными / горизонтальными напряжениями определяет структуру различных мостов. В одних случаях несущим элементом будет площадь палубы, в других — башни. Существуют также конструкции, которые передают напряжение через мостовые тросы, что обеспечивает определенную гибкость для различных ландшафтов.

Интересным фактором при рассмотрении различных конструкций мостов является их долговечность и то, что они существуют на протяжении веков. Многие из величайших инженеров мира не смогли внести каких-либо существенных улучшений в основные несущие конструкции за прошедшие годы.Теперь мы рассмотрим различные типы мостов и то, как они работают.

Типы мостов

7 основных типов мостов:

1. Арочный мост

2. Балочный мост

3. Вантовый мост

4. Консольный мост

5. Подвесной мост

6. Ферменный мост

7. Связанный арочный мост

5 основных типов мостов:

1. Арочный мост

2. Балочный мост

3. Вантовый мост

4. Подвесной мост

5. Ферменный мост

Балочные мосты

Балочный мост — один из самых простых типов мостов.Прекрасным примером является простой бревенчатый мост — то, что вы можете увидеть во время загородной прогулки.

Площадка палубы традиционно состоит из деревянных досок или каменных плит (часто называемых мостом с хлопушкой). Они поддерживаются с обеих сторон двумя балками, проходящими между опорами / опорами.

Очень часто можно встретить другие балки, расположенные между основными балками, обеспечивающие дополнительную поддержку и устойчивость.

Область, по которой перемещаются люди или автомобили, будет представлять собой простой настил, расположенный вертикально поперек лежащих ниже балок.Это часто называют «просто поддерживаемой» структурой. Нет передачи напряжения, которое вы видите в арочных конструкциях и других типах мостов.

Пример балочного моста: мост через реку Айова. Источник: см. Примечание 1.

Фермовые мосты

Мост с фермами существует буквально веками и представляет собой несущую конструкцию, которая включает ферму с высокоэффективной, но очень простой конструкцией. Вы заметите множество различных вариаций простого ферменного моста, но все они имеют треугольные секции.Роль этих треугольных элементов важна, потому что они эффективно поглощают растяжение и сжатие, создавая напряженную конструкцию, способную выдерживать динамические нагрузки. Эта смесь напряжения и сжатия обеспечивает сохранность конструкции моста, а площадь настила остается неизменной даже при относительно сильном ветре.

Пример ферменного моста: мост Фрэнсиса Скотта Ки, Балтимор. Источник: см. Примечание 2.

Консольные мосты

Когда был спроектирован первый консольный мост, это было большим инженерным прорывом.Мост работает с использованием консолей, которые могут быть простыми балками или фермами. Они изготавливаются из предварительно напряженного бетона или конструкционной стали, когда используются для размещения транспортных средств. Если учесть, что горизонтальные балки, составляющие консоль, поддерживаются только с одной стороны, это действительно начинает казаться немного опасным. Однако два консольных рычага соединены между собой так называемым «подвесным пролетом», который фактически является центральной частью, не имеющей прямой опоры снизу. Нагрузка на мост поддерживается посредством диагональных связей с горизонтальными балками, в отличие от обычных вертикальных распорок.Чрезвычайно безопасная и очень надежная конструкция консольных мостов существует до сих пор.

Пример консольного моста: Форт-Бридж, Шотландия. Источник: см. Примечание 3.

Arch Bridges

Пример арочного моста: Гаолянский мост Летнего дворца. Источник: примечание 4.

Существует много разных типов арочных мостов, но все они имеют общие центральные элементы. У каждого моста есть опоры, которые используются для поддержки изогнутой арочной конструкции под мостом. Самый распространенный тип арочного моста — это виадук, длинный мост, состоящий из множества арок.Боковое давление, создаваемое арочным пролетом, передается на опорные опоры. Поэтому важно, чтобы эти части моста оставались прочными, неповрежденными и хорошо обоснованными. Вы увидите множество арочных мостов с декоративной кирпичной кладкой, которая является неотъемлемой частью конструкции. Простой, но очень эффективный арочный мост может перевезти все, от пешеходов до железных дорог.

Арочные перемычки

Пример связанного арочного моста: Бесконечный мост в Стоктон-он-Тис. Источник: см. Примечание 5.

Связанный арочный мост представляет собой увлекательную конструкцию, которая включает в себя арочную конструкцию (обычно металлическую), поддерживаемую вертикальными связями между аркой и настилом. Концы арочной конструкции соединяются нижним поясом. Это действует аналогично тетиве лука. Давление вниз от арочной конструкции к настилу моста преобразуется в растяжение вертикальными стяжками. Многие полагают, что опоры гарантируют, что связанный арочный мост и арочная конструкция останутся на месте.Однако именно настил / усиленный пояс соединяет кончики каждого конца арки вместе. Лучшим примером этого является тетива, которая поглощает давление, удерживая обе стороны лука в контакте, пока она в конечном итоге не станет плоской.

Сравнение арочного моста и связанного арочного моста.

Мосты подвесные

Пример подвесного моста: Хромолитография «Висячего моста Грейт-Ист-Ривер» (Бруклинский мост), сделанная Карриером и Айвсом, 1883 г.

Структура стереотипного подвесного моста выглядит очень простой, но конструкция чрезвычайно эффективна.Настил подвесного моста является несущим элементом конструкции. Он удерживается на месте вертикальными подвесками, поддерживающими тросы. Подвесные тросы выходят за пределы каждой стороны моста и прочно закреплены в земле. Это будет зависеть от размера моста, но будет установлено несколько опор для удержания подвесных тросов. Любая нагрузка, приложенная к мосту, преобразуется в натяжение подвесных тросов, которые являются неотъемлемой частью конструкции.Поскольку в подвесных тросах есть некоторая «просадка», это может привести к небольшому, но размеренному перемещению моста в сложных погодных условиях.

Мосты вантовые

Пример вантового моста: мост Рио-Антиррио в Греции.

Вантовый мост зависит от опор / опор, которые являются несущим элементом конструкции. Кабели подключаются от пилонов к нижней палубе. Либо прямо с вершины башни, либо в разных точках колонны.При соединении в разных точках колонны это создает веероподобный узор. Это особенность, которую многие люди ассоциируют с вантовыми мостами. Этот тип конструкции обычно используется для расстояний, превышающих те, которые достигаются с помощью консольного моста, но меньше, чем у подвесного моста. Одна из основных проблем этого типа моста заключается в том, что центральное соединение кабелей может оказывать горизонтальное давление на настил. Следовательно, конструкция палубы должна быть усилена, чтобы выдерживать это постоянное давление.

Сравнение схемы подвесных и вантовых мостов.

Какой мост строить наиболее дорого?

Если вы посмотрите на подавляющее большинство дорогих мостов, вы увидите закономерность, это, как правило, подвесные мосты. Итак, ответ на вопрос, какой мост строить наиболее дорого, прост — висячий мост!

Они могут быть такими дорогими по ряду причин. Во-первых, они предлагают возможность преодолевать огромные расстояния (до 7000 футов) — пролет, недоступный для других конструкций мостов.Размер башен, используемые материалы и установка так называемой палубной фермы под настилом моста — все это приводит к значительным затратам. Мы прошли долгий путь от первых подвесных мостов, которые, по всей видимости, были сделаны из скрученной травы. Стоимость сегодняшних более крупных подвесных мостов регулярно превышает 1 миллиард долларов!

Какой мост самый лучший?

С точки зрения прочности, мост из фермы обеспечивает наилучшее соотношение прочности и веса. Другими словами, он может выдерживать наибольший вес на вес своих строительных материалов.В следующем разделе приводится более подробная информация.

Какой тип моста самый прочный?

Несмотря на то, что конструкция моста с фермами существует буквально столетия, она широко считается самым прочным типом мостов. Сама конструкция выглядит чрезвычайно простой, так что же делает его самым прочным типом моста и почему?

Несущий мост, состоящий из массива треугольных конструкций. Интересно, что треугольные балочные конструкции закреплены на месте, а не жестко связаны, что важно при распределении нагрузки.Вибрации, вызванные движением транспорта по мосту или даже погодными условиями, не изолированы; вместо этого они распространяются прямо по конструкции моста, перемещаясь между треугольными секциями. Поскольку нагрузка распределяется прямо по мосту, это также увеличивает общую устойчивость и снижает изгиб.

Какой тип моста самый распространенный?

Балочный мост — самый распространенный тип мостов. Кроме того, он самый простой в сборке — см. Подробное описание выше.

Заключение

Когда вы смотрите на различные типы мостов и на то, как они работают, это открывает совершенно новую область проектирования. То, что многие из нас считают эстетической особенностью современного моста, часто является неотъемлемой частью конструкции. Эти функции часто помогают контролировать напряжение и стресс разными способами. Также интересно видеть, что разные конструкции мостов подходят для разных ландшафтов. Тот факт, что многие из этих базовых конструкций восходят к столетиям, говорит все об их жизнеспособности, долговечности и безопасности.

Также читайте:

___________

Источники изображений:

1. Дуглас У. Джонс, Викимедиа
2. Автор: Dharrah87, Викимедиа
3. Эндрю Шива, Викимедиа
4. Автор: Хеннесси, Викимедиа
5. Автор: Mrs Logic, Викимедиа

Принципиальная схема моста Уитстона, измерение — сбалансированное — несбалансированное состояние

Что такое мост Уитстона?

A Мост Уитстона — электрическая схема, используемая для расчета неизвестного сопротивления с помощью мостовой схемы.Для этого две ветви мостовой схемы удерживаются сбалансированными, а одна ветвь имеет неизвестное сопротивление. Принцип моста Уитстона аналогичен работе потенциометра . Незначительные изменения в мосте Уитстона могут помочь в определении других величин, таких как емкость и индуктивность. Это также помогает определить количество конкретного газа, смешанного с пробой. Измерение моста Уитстона очень точное, а значение неизвестного сопротивления в основном выясняется для измерения других физических величин, таких как температура, сила, давление и т. Д.Его можно использовать во всех электронных схемах. Устройство было впервые изобретено Сэмюэлем Хантером Кристи в 1833 году. Позднее концепция была модифицирована и популяризирована сэром Чарльзом Уитстоном в 1843 году.

Измерение моста Уитстона

Сбалансированное состояние

Как показано на принципиальной схеме, четыре сопротивления соединены мостовой схемой. Три резистора R1, R2 и R3 будут иметь известные значения. Значение сопротивления R _X будет неизвестно и должно быть рассчитано.Величина сопротивления R2 регулируется. Гальванометр должен быть установлен между точками B и D.

СМОТРЕТЬ: ГАЛЬВАНОМЕТРЫ

Мост Уитстона

Условие, которое должно быть выполнено в точке баланса, приведено ниже.

Если R2 / R1 = R _X / R3, то V _BD = 0 и ток через V _G = 0. Для достижения этого условия регулируемый резистор изменяется. Направление тока можно узнать по номиналу резистора R2.

Как только достигается условие баланса, получается значение сопротивления R _X .

Таким образом, R _{X =} [R2 / R1] x R3

Этот метод очень точен, поскольку другие значения резисторов имеют высокую точность.

Несбалансированное состояние

Если номиналы резисторов R1, R2 и R3 фиксированы, то значение неизвестного резистора R _X должно быть определено с помощью законов Кирхгофа для напряжения и тока.Для этого мостовая схема будет производить как напряжение, так и ток, поскольку схема не будет сбалансирована. Этот процесс в основном используется при измерении тензодатчиков и термометров сопротивления. Этот метод намного проще в использовании, поскольку вычисления могут быть выполнены более легко с значениями напряжения и тока, чем попытки сделать схему сбалансированной.

Для расчета токов между переходами B и D используйте закон Кирхгофа.

I3 — I _X + I _G = 0

I1 — I2 — I _G = 0

Это можно упростить как

I3 = I _X и I1 = I2 ………………………………….. [1]

Для расчета напряжения в контурах ABD и BCD используйте закон напряжения Кирхгофа.

[I3 R3] — [I _G R _G ] — [I1 R1] = 0

[I _X R _X ] — [I2 R2] + [I _G R _G ] = 0

Переставив приведенные выше уравнения, мы получим значение неизвестного сопротивления как

.

R _X = [R2 I2 R3 I3] / [R1 I1 I _X ] …………………… .. [2]

Подставляем значение [1] в [2]

R _X = [R3 R2] / R1.

Возможны случаи, когда известны номиналы всех резисторов. Если это так, значение напряжения между B и D [V _G ] можно определить из следующего уравнения.

V _G = V _S * ([R3 / {R3 + R _X }] — [R2 / {R1 + R2}])

Применение моста Уитстона

У моста Уитстона

есть несколько полезных применений. Сам по себе его можно использовать для точного определения неизвестного сопротивления. Если вы используете операционный усилитель, тот же мост Уитстона можно использовать для измерения температуры, деформации и т. Д.Он также может считывать емкость, импеданс и т. Д., Если используется вместе с варистором.

Схема моста Уитстона и теория работы

Ромбовидная схема Wheatstone Bridge , концепция которой была разработана Чарльзом Уитстоном, может использоваться для точного измерения неизвестных значений сопротивления или как средство калибровки измерительных инструментов, вольтметров, амперметров и т. Д. С помощью переменного сопротивления и простая математическая формула.

Хотя сегодня цифровые мультиметры предоставляют самый простой способ измерения сопротивления.Мост Уитстона можно использовать
для сравнения неизвестного сопротивления с сопротивлением известного сопротивления, чтобы определить его значение, позволяя измерять очень низкие значения сопротивлений в диапазоне милли-Ом (мОм).

Схема моста Уитстона (или моста сопротивления) может использоваться в ряде приложений, и сегодня с современными операционными усилителями мы можем использовать схему моста Уитстона для подключения различных преобразователей и датчиков к этим схемам усилителя.

Схема моста Уитстона представляет собой не что иное, как две простые последовательно-параллельные схемы сопротивлений, подключенных между клеммой источника напряжения и землей, что дает нулевую разность напряжений между двумя параллельными ветвями при балансировке. Схема моста Уитстона имеет две входные клеммы и две выходные клеммы, состоящие из четырех резисторов, расположенных в знакомой ромбовидной конфигурации, как показано. Это типично для построения моста Уитстона.

Мост Уитстона

В сбалансированном состоянии мост Уитстона можно анализировать просто как две последовательные параллельные струны.В нашем руководстве по последовательным резисторам мы увидели, что каждый резистор в последовательной цепи вызывает падение IR или падение напряжения на себе как следствие протекающего через него тока, как это определено законом Ома. Рассмотрим последовательную схему ниже.

Поскольку два резистора включены последовательно, через оба они протекает одинаковый ток (i). Следовательно, ток, протекающий через эти два резистора последовательно, определяется как: V / R _T .

I = V ÷ R = 12 В ÷ (10 Ом + 20 Ом) = 0.4А

Напряжение в точке C, которое также является падением напряжения на нижнем резисторе R ₂ , рассчитывается как:

В _R2 = I × R ₂ = 0,4 А × 20 Ом = 8 В

Тогда мы видим, что напряжение источника V _S делится между двумя последовательными резисторами прямо пропорционально их сопротивлениям, так как V _R1 = 4 В и V _R2 = 8 В. Это принцип деления напряжения, в результате чего получается то, что обычно называют цепью делителя напряжения или цепью делителя напряжения.

Теперь, если мы добавим еще одну схему последовательного резистора, использующую те же номиналы резисторов, параллельно с первой, мы получим следующую схему.

Поскольку вторая последовательная цепь имеет те же значения сопротивления, что и первая, напряжение в точке D, которое также является падением напряжения на резисторе, R ₄ будет таким же при 8 В относительно нуля (отрицательный полюс батареи). , так как напряжение одинаково и две резистивные цепи одинаковы.

Но не менее важным является то, что разница напряжений между точкой C и точкой D будет равна нулю, так как обе точки имеют одинаковое значение 8 вольт, как: C = D = 8 вольт, тогда разница напряжений составляет: 0 вольт.

Когда это происходит, обе стороны параллельной мостовой сети называются симметричными , потому что напряжение в точке C равно напряжению в точке D, а их разность равна нулю.

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы поменяем местами два резистора R ₃ и R ₄ во второй параллельной ветви относительно R ₁ и R ₂ .

Если резисторы R ₃ и R ₄ перевернуты, через последовательную комбинацию протекает тот же ток, и напряжение в точке D, которое также является падением напряжения на резисторе, R ₄ будет:

В _R4 = 0,4 А × 10 Ом = 4 В

Теперь, когда на V _R4 падает 4 вольта, разница напряжений между точками C и D будет 4 вольта: C = 8 вольт и D = 4 вольта.Тогда разница на этот раз будет: 8-4 = 4 вольта

Результатом замены двух резисторов является то, что обе стороны, или «плечи» параллельной сети, различаются, поскольку они производят разные падения напряжения. Когда это происходит, параллельная сеть называется несимметричной , поскольку напряжение в точке C отличается от напряжения в точке D.

Затем мы видим, что соотношение сопротивлений этих двух параллельных плеч, ACB и ADB, приводит к разнице напряжений между 0 вольт (симметричный) и максимальным напряжением питания (несимметричным), и это основной принцип Схема моста Уитстона 900 14.

Итак, мы видим, что мост Уитстона можно использовать для сравнения неизвестного сопротивления R _X с другими значениями известного значения, например, R ₁ и R ₂ , имеют фиксированные значения, а R _3. может быть переменным. Если мы подключим вольтметр, амперметр или, как правило, гальванометр между точками C и D, а затем изменяем резистор R ₃ до тех пор, пока счетчики не покажут ноль, это приведет к уравновешиванию двух плеч и значению R _X , ( заменяющий R ₄ ), как показано.

Схема моста Уитстона

Заменив сопротивление R ₄ , описанное выше, на сопротивление известного или неизвестного значения в чувствительном рычаге моста Уитстона, соответствующее R _X , и отрегулировав противодействующий резистор R ₃ для «уравновешивания» сети моста, приведет к при нулевом напряжении на выходе. Тогда мы можем видеть, что баланс возникает, когда:

Уравнение моста Уитстона, необходимое для определения значения неизвестного сопротивления, R _X в балансе дается как:

Если резисторы, R ₁ и R ₂ являются известными или предварительно установленными значениями.

Пример моста Уитстона №1

Построен следующий несбалансированный мост Уитстона. Рассчитайте выходное напряжение в точках C и D и значение резистора R ₄ , необходимое для балансировки мостовой схемы.

Для рычага первой серии, ACB

Для руки второй серии, ADB

Напряжение в точках C-D определяется как:

Значение резистора R ₄ , необходимого для балансировки моста, определяется как:

Выше мы видели, что Wheatstone Bridge имеет две входные клеммы (A-B) и две выходные клеммы (C-D).Когда мост сбалансирован, напряжение на выходных клеммах составляет 0 вольт. Однако, когда мост неуравновешен, выходное напряжение может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от направления дисбаланса.

Детектор света на мосту Уитстона

Сбалансированные мостовые схемы

находят множество полезных применений в электронике, например, для измерения изменений интенсивности света, давления или деформации. Типы резистивных датчиков, которые могут использоваться в цепи моста Уитстона, включают: фоторезистивные датчики (LDR), позиционные датчики (потенциометры), пьезорезистивные датчики (тензодатчики) и датчики температуры (термисторы) и т. Д.

Существует множество применений моста Уитстона для измерения целого ряда механических и электрических величин, но одно очень простое применение моста Уитстона — измерение света с помощью фоторезистивного устройства. Один из резисторов в мостовой сети заменяется светозависимым резистором или LDR.

LDR, также известный как фотоэлемент на основе сульфида кадмия (Cds), представляет собой пассивный резистивный датчик, который преобразует изменения уровней видимого света в изменение сопротивления и, следовательно, напряжения.Светозависимые резисторы могут использоваться для контроля и измерения уровня интенсивности света, а также для определения того, включен ли источник света или нет.

Типичный элемент из сульфида кадмия (CdS), такой как светозависимый резистор ORP12, обычно имеет сопротивление около одного мегаом (МОм) в темноте или при тусклом свете, около 900 Ом при интенсивности света 100 люкс (типично для хорошо освещенной комнаты) , до 30 Ом при ярком солнечном свете. Затем по мере увеличения интенсивности света сопротивление уменьшается. Подключив резистор, зависящий от света, к схеме моста Уитстона, описанной выше, мы можем отслеживать и измерять любые изменения уровней освещенности, как показано на рисунке.

Детектор света на мосту Уитстона

Фотоэлемент LDR подключается к схеме моста Уитстона, как показано, для создания светочувствительного переключателя, который активируется, когда измеряемый уровень освещенности становится выше или ниже предварительно установленного значения, определенного V _R1 . В этом примере V _R1 потенциометр 22 кОм или 47 кОм.

Операционный усилитель подключен как компаратор напряжения с опорным напряжением V _D , приложенным к неинвертирующему выводу.В этом примере, поскольку и R ₃ , и R ₄ имеют одинаковое значение 10 кОм, опорное напряжение, установленное в точке D, поэтому будет равно половине Vcc. Это Vcc / 2.

Потенциометр V _R1 устанавливает напряжение точки срабатывания V _C , подаваемое на инвертирующий вход, и устанавливается на требуемый номинальный уровень освещенности. Реле включается, когда напряжение в точке C меньше напряжения в точке D.

Регулировка V _R1 устанавливает напряжение в точке C, чтобы сбалансировать мостовую схему на требуемом уровне или интенсивности света.LDR может быть любым устройством из сульфида кадмия, которое имеет высокий импеданс при низких уровнях освещенности и низкий импеданс при высоких уровнях освещения.

Обратите внимание, что схему можно использовать для работы в качестве «активируемой светом» коммутационной схемы или «активируемой темнотой» коммутационной схемы, просто переставляя положения LDR и R _{3 на} в пределах конструкции.

Мост Уитстона имеет множество применений в электронных схемах, кроме сравнения неизвестного сопротивления с известным сопротивлением.При использовании с операционными усилителями схему моста Уитстона можно использовать для измерения и усиления небольших изменений сопротивления, R _X , например, из-за изменений интенсивности света, как мы видели выше.

Но мостовая схема также подходит для измерения изменения сопротивления других изменяющихся величин, поэтому, заменив вышеуказанный фоторезистивный датчик света LDR на термистор, датчик давления, тензодатчик и другие подобные датчики, а также поменяв местами положения LDR и V _R1 , мы можем использовать их во множестве других приложений для мостов Уитстона.

Также можно использовать более одного резистивного датчика в четырех плечах (или ответвлениях) моста, образованного резисторами R ₁ — R ₄ для создания «полного моста», «полумоста» или «четверти». — устройства мостовой схемы, обеспечивающие тепловую компенсацию или автоматическую балансировку моста Уитстона.

Теннесси заключает контракт на ремонт трещин на мосту Эрнандо де Сото I-40

Департамент транспорта Теннесси (TDOT) объявил вчера, что проект аварийного ремонта моста Эрнандо де Сото был передан компании Kiewit Infrastructure Group.

TDOT утверждает, что выбор был основан на квалификации, опыте и наличии персонала и оборудования. Ожидается, что подрядчик приступит к работе уже в среду на этой неделе.

На прошлой неделе TDOT и Министерство транспорта штата Арканзас заявили, что в ходе плановой проверки моста была обнаружена трещина в нижней части фермы моста, которая потребовала отключения моста для дальнейшего расследования. Мост остается закрытым для всего межгосударственного движения до дальнейшего уведомления.TDOT сообщает, что перелом или трещина находится в стальной опорной балке, которая имеет решающее значение для конструкции моста.

Ремонт будет производиться в два этапа. Обе фазы должны быть завершены, прежде чем трафик на мосту может возобновиться. На данный момент TDOT сообщает, что агентство не может спрогнозировать дату открытия.

Этап 1 потребует установки стальных пластин с каждой стороны разрушенного элемента. Этот ремонт укрепит поврежденные стальные листы, обеспечивая устойчивость, необходимую бригадам для установки оборудования для постоянной замены поврежденных компонентов и продолжения осмотра моста.Дизайн пластин был завершен, и планы были предоставлены компании Stupp Bridge Company в Боулинг-Грин, штат Кентукки, для изготовления. Ожидается, что изготовление примерно 18 000 фунтов стали будет завершено к среде, 19 мая. Силы TDOT заберут изготовленные плиты у Stupp Bridge Company и доставят их в Мемфис, где они будут готовы для подрядчика.

Проектирование фазы 2 находится в стадии разработки и будет завершено при участии подрядчика. Это позволит отделу удалить и заменить поврежденную деталь и открыть мост для движения транспорта.

TDOT также теперь имеет веб-страницу, посвященную ремонту мостов.

————-

ИСТОЧНИК: Tennessee DOT

Статистика проектирования и строительства — статистика и данные

Длина, ширина, высота, вес

Общая длина моста, включая подходы от опоры к опоре, составляет 1,7 мили (8 981 фут или 2737 м).

Общая длина моста, включая подходы от опоры к опоре, плюс расстояние до Toll Plaza, составляет 9 150 футов (2788 м).

Длина пролета подвески, включая основной пролет и боковые пролеты, составляет 1,2 мили (6 450 футов или 1966 м).

Длина основной пролетной части подвесной конструкции (расстояние между башнями) составляет 4200 футов (1280 м).

Длина одного бокового пролета 1125 футов (343 м).

Ширина моста 90 футов (27 м).

Ширина проезжей части между бордюрами — 62 фута (19 м).

Ширина тротуара 10 футов (3 м).

Клиренс над средним максимальным уровнем воды составляет 220 футов (67 м).

Общий вес каждой анкеровки составляет 60 000 тонн (54 400 000 кг).

Первоначальный общий вес моста, якорных стоянок и подходов составляет 894 500 тонн (811 500 000 кг).

Общий вес моста, якорных стоянок и подходов (1937 г.) составляет 894 500 тонн (811 500 000 кг).

Общий вес моста, якорных стоянок и подходов (1986) * составляет 887 000 тонн (804 700,00 кг *).

Вес моста, без якорных стоянок и подходов, включая подвесную конструкцию, главные башни, опоры и кранцы, нижнюю боковую систему и ортотропный перелив (1986 г.) составляет 419 800 тонн (380 800 000 кг *).

* Общий вес моста, указанный на 1986 год, включает уменьшение веса из-за перепланировки в 1986 году. Вес исходной железобетонной палубы и поддерживающих ее стрингеров составлял 166 397 тонн (150 952 000 кг). Вес нового настила из ортотропных стальных листов, двухдюймового эпоксидно-асфальтового покрытия и опорных стоек теперь составляет 154 093 тонны (139 790 700 кг).Это общее снижение веса палубы на 12 300 тонн, (11 158 400 кг) или на 1,37 тонны, (1133 кг) на линейный фут палубы.

Прогиб моста, грузоподъемность

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как мост Золотые Ворота может двигаться вверх и вниз на целых 16 футов!

В середине пролета максимальное отклонение вниз (или расстояние, на которое мост был построен для движения вниз) составляет 10,8 футов (3,3 м). Максимальное отклонение вверх составляет 5,8 футов (1,8 м).

Максимальное поперечное отклонение по центральному пролету составляет 27.7 футов (8,4 м).

Допустимая динамическая нагрузка на одну линейную опору составляет 4 000 фунтов (1814,4 кг).

В качестве примера того, как мост построен для перемещения, во время зимних штормов 1982 года главный пролет прогнулся примерно на 6-7 футов

Три максимальных прогиба, указанные выше в центре подвесного моста, вызваны следующими условиями нагрузки:

1. Поперечный прогиб возникает из-за постоянной поперечной ветровой нагрузки. Максимальное поперечное перемещение 27.7 футов основано на максимально допустимом продольном перемещении ветровых замков опорных башен;
2. Максимальный прогиб вниз обусловлен условиями максимальной временной нагрузки на центральный пролет, отсутствия временной нагрузки на боковые пролеты и максимальной расчетной температуры для удлинения основных кабелей; и
3. Максимальный прогиб вверх обусловлен условием, противоположным условию 2 выше, с максимальной временной нагрузкой на боковые пролеты, без временной нагрузки на центральный пролет и минимальной расчетной температурой для сокращения длины кабеля.

Статистика главной башни

У моста Золотые Ворота есть две главные башни, которые поддерживают два основных троса.

Высота башни над водой 746 футов (227 м).

Высота башни над проезжей частью 500 футов (152 м).

Размеры основания башни (каждая опора): 33 фута x 54 фута (10 м x 16 м).

Нагрузка на каждую опору по магистральным тросам составляет 61 500 тонн (56 000 000 кг).

Масса обеих главных башен 44 000 тонн (40 200 000 кг).

Поперечный прогиб опор 12,5 дюймов (0,32 м).

Продольный прогиб опор (к берегу) составляет 22 на (0,56 м) и (в сторону канала) 18 на (0,46 м).

Глубина фундамента южной башни ниже среднего низкого уровня воды составляет 110 футов (34 м).

Чтобы построить пирс южной башни для поддержки южной башни, строители выкачали 9,41 миллиона галлонов (35,6 миллиона литров) воды из отбойника, который был построен первым.

Статистика основного кабеля

Мост Золотые Ворота имеет два основных троса, которые проходят через вершины двух башен высотой 746 футов и закреплены с обоих концов на гигантских креплениях. Проволока из оцинкованной углеродистой стали, входящая в состав каждого основного кабеля, укладывалась путем вращения проволоки с использованием челнока ткацкого типа, который перемещался вперед и назад, когда он укладывал проволоку на место, чтобы сформировать кабели. Накрутка основных проводов кабеля была завершена за 6 месяцев и 9 дней .

Основные тросы покоятся на вершинах главных башен высотой 746 футов в огромных стальных отливках, называемых седлами.

Диаметр одного основного кабеля , включая внешнюю обертку, составляет 36 3/8 дюйма (0,92 м).

Длина одного основного кабеля составляет 7650 футов (2332 м).

Общая длина оцинкованной стальной проволоки, используемой в и основных кабелях , составляет 80 000 миль, (129 000 км).

Количество стальных оцинкованных проволок в одном основном кабеле диаметром 0,192 дюйма составляет 27,572 .

Количество пучков или прядей стальной оцинкованной проволоки в одном основном кабеле составляет 61 .

Среднее количество стальных оцинкованных проволок в каждой из 61 связки составляет 452 .

Масса обоих основных тросов , подвесных тросов и принадлежностей составляет 24 500 тонн (22 200 000 кг).

Проволока из оцинкованной стали, используемая для магистральных тросов, представляет собой углеродистую сталь со следующим средним химическим составом и физическими свойствами:

Результаты испытаний ковша (уточняются)
К:	0.81% (0,85)
Мн:	0,66% (—)
П:	0,026% (0,04)
S:	0,028% (0,04)
Si:	0,24% (—)
Протестированные свойства (указанные)
ул. Натяжная,	Fu = 235 600 фунтов на квадратный дюйм (220 000 фунтов на квадратный дюйм мин)
Yield Str,	Fy = 182 600 фунтов на квадратный дюйм (160 000 фунтов на квадратный дюйм мин)
Относительное удлинение на 10 дюймов при разрыве = 6.3% (4,0% мин.)

Основные кабельные ленты расположены через каждые 50 футов вдоль основных кабелей, а вертикальные подвесные канаты подвешены к ним. После добавления системы нижних боковых распорок в 1953 и 1954 годах было обнаружено, что нормальная работа моста, наряду с добавлением системы нижних боковых распорок, вызвала потерю основных болтов кабельной ленты на целых 50 процентов. их указанного напряжения. В 1954 году основные тросовые болты были повторно затянуты Дж.H. Pomeroy & Co., Inc и впервые применили калиброванные ударные гайковерты для затяжки болтов кабельной ленты.

Опять же, в 1970-х годах, во время замены вертикальных подвесных тросов, болты тросовой ленты снова были подтянуты до 90 000 фунтов с помощью гидравлического натяжителя болтов Biach. Эта работа выполнялась с подвешенных под тросом булыжников.

Периодическая повторная затяжка болтов основной кабельной ленты проводится при необходимости на основании осмотров.Болты, подверженные постоянным изменениям температуры и нагрузки в основном кабеле, вызывают незначительные изменения диаметра кабеля, и эти изменения диаметра кабеля вместе с температурным воздействием на саму ленту кабеля вызывают ослабление натяжения болтов. Самая последняя проверка была проведена в 1999 году компанией Steinman Boynton Gronquist & Birdsall, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. Натяжение было проверено на случайной и статистически достоверной выборке болтов кабельной ленты, и было определено, что повторная затяжка всех болтов кабельной ленты в то время не требовалась.

Повторное натяжение болтов основных кабельных стяжек (которые не совпадают с болтами основной кабельной ленты) не было частью Проекта замены подвесного троса, но следует отметить, что они были повторно натянуты в 2000 и 2001 годах — впервые с момента завершения строительства моста в 1937 году. Отливки для крепления кабелей, расположенные в массивных бетонных опорах на концах пролета подвеса, удерживают основные кабели в фиксированном положении для предотвращения вертикального движения там, где подвесной пролет встречается с подъездными виадуками.Правильное функционирование стяжек зависит от силы зажима кабельных лент, которая, в свою очередь, зависит от надлежащего натяжения болтов кабельной ленты. В общей сложности 256 болтов, каждый диаметром 21/8 дюйма на 3 фута в длину, были повторно гидравлически подтянуты до их первоначальной спецификации в 92 000 фунтов. Болты, которые со временем корродировали, были заменены. Этот проект выполнили районные бригады.

Трос подвесной (вертикальный) Статистика

Мост Золотые Ворота имеет 250 пар вертикальных подвесных тросов, которые расположены на расстоянии 50 футов друг от друга по обеим сторонам моста.Каждая подвесная веревка имеет диаметр 2-11 / 16 дюймов. Все канаты были заменены между 1972 и 1976 годами, последняя замена канатов завершилась 4 мая 1976 года.

Количество бетона

Это количество на момент постройки моста (1933-1937 гг.). После замены первоначального бетонного настила проезжей части теперь количество бетона МЕНЬШЕ, чем при строительстве моста, на 25 000 кубических ярдов.

Количество бетона (как построено)	кубических ярдов	Кубических метров
Пирс и кранец Сан-Франциско	130 000	99 400
Марин Пирс	23 500	18 000
Крепления, пилоны и кабельный корпус	182 000	139,160
Подъезды	28 500	21 800
Мощение	25 000	19,115
Итого	389 000	297 475

Конструкционная сталь Количество

	Тонны	кг
Главные башни	44 400	40,280,000
Подвесная конструкция	24 000	21 772 000
Крепления	4 400	3,991,000
Подъезды	10 200	9 250 000
Итого	83 000	75 293 000

.