Измерение сопротивлений биологической модели методом моста Уитстона: Методическое пособие к лабораторно-практической работе

Методическое пособие для студентов к лабораторно-практической работе по теме:

Измерение сопротивлений биологической модели методом моста Уитстона

Тема: Измерение сопротивлений различных моделей биологических тканей мостом Уитстона. Изучение работы различных мостов (линейного, магазинного), применяемых в медицине.

Цель работы:

1.  Изучение студентами теоретических основ мостовых схем;

2.  Ознакомление  студентов  с  применением  мостовых схем  в  медико-биологических исследованиях;

3.  Ознакомление студентов с  приборами,  применяемыми  в  санитарно-гигиенической и лечебной практике, в которых используются мостовые схемы;

4.  Изучение студентами назначения и принципа действия приборов: выпрямителя, гальванометра, магазина сопротивлений, технического моста, омметра;

5v Овладение студентами навыками измерения сопротивления проводников с помощью линейного моста Уитстона, технического моста и омметра. Знания и навыки, приобретенные на занятии необходимы при изучении теоретических и клинических дисциплин, в частности, физиологии, для обоснования диагностических и лечебных методов, а так же при проведении медико-биологических исследований.

Приборы и измерительные устройства:

1.   Выпрямитель ВС-24.

2.   Гальванометр М-273/1.

3.  Катушки измеряемых сопротивлений.

4.   Реохорд.

5.   Штепсельный магазин сопротивлений.

6.   Технический мост постоянного тока МО-62.

7.  Омметр.

8.   Контактный ключ.

9.   Соединительные провода.

Содержание занятии.

Измерение сопротивлений составляет одну из важнейших задач электрометрии, располагающей в этой области рядом точных и очень надежных методов измерений.

Рассмотрим метод моста Уитстона.

Метод моста Уитстоиа.

Метод моста Уитстона - один из наиболее точных методов измерений сопротивлений. Измеряемое сопротивление Rx и три других R, R_b R2 соединяют так, чтобы образовался замкнутый четырехугольник. Такую систему называют мостом Уитстона, a Rx. R, R_b R₂ - плечи моста. Различают сбалансированный и несбалансированный мост. При произвольном соотношении плеч моста — мост несбалансирован (ток через гальванометр идет). Существует одно определенное соотношение между плечами моста, при котором мост сбалансирован: 1_г=0. Выведем соотношение между плечами сбалансированного моста.

Рисунок 1

На основании закона Ома для участка цепи:

Мост сбалансирован: I₁=0. Тогда φ_B  =φ_D.Сравнивая (1) и (3), (2) и (4) уравнения, получим:

Разделив почленно (5) на (6) уравнения, получим соотношение между плечами сбалансированного моста:

где R₁ и R₂ называют плечами отношения, a R - плечо сравнения.

Линейный мост Уитстона.

Поскольку для определения R _х при помощи моста Уитстона важно знать не сами величины плеч отношения R_L и R₂, а отношение Ri/R₂, поэтому Ri и R₂ можно осуществить в виде калиброванной проволоки (с постоянным по всей длине сечением S=const), изготовленной из однородного материала: P=const. Проволока, натянутая вдоль шкалы — реохорд:

Итак, имеем: - рабочая формула метода линейного моста Уитстона.

Расчет погрешностей:

-относительную погрешность

магазина сопротивлений определяем по его классу точности, который равен 0,2,

Технический мост Уитстона

Вернёмся к теории сбалансированного моста Уитстона:

В случае линейного моста Уитстона плечо сравнения R=const, т.е для сбалансирования моста подбирают R₁/R₂, передвигая подвижной контакт реохорда. В случае технического моста Уитстона пользуются иной методикой, позволяющей достичь большей точности измерения .

Отношение R₁/R₂=const=N ( плечо отношения), а сбалансирование моста осуществляется подбором на магазине сопротивлений плеча сравнения R. Тогда имеем: R_X=NR - рабочая формула метода технического моста Уитстона.

Методические указания к работе и порядок выполнения работы. 1. Собрать схему линейного моста Уитстона:

В качестве измеряемого сопротивления R_x взять одну из катушек, в качестве постоянного сопротивления R - штепсельный магазин сопротивлений. При сборке схемы сначала последовательно соединить все входящие в нее сопротивления: R_x, R и реохорд АС, а затем присоединить гальванометр G. источник постоянного тока, в качестве которого взять выпрямитель ВС-24 и контактный ключ К.

— - рабочая формула метода линейного моста Уитстона.

2.   Величину R рекомендуется измерить омметром, а затем на штепсельном магазине сопротивлений установить величину сопротивления R , близкую к измеряемому сопротивлению R_x.

3.  Перемещая контактный движок реохорда Д, найти такое его положение, при котором замыкание тока контактным ключом К не вызывает отклонение стрелки гальванометра. Установку гальванометра на нуль (сбалансирование моста) выполнить три раза и из полученных значений I₁ и 1₂ найти их среднее значение.

4.  Аналогичные измерения выполнить со второй катушкой, затем с первой и второй катушкой, соединенными последовательно, и, наконец, с первой и второй катушкой, соединенными параллельно. Последние два результата измерений необходимо сопоставить с величинами сопротивлений, {засчитанными по формулам для последовательного и параллельного соединения сопротивлений, пользуясь значениями сопротивлений, найденными при их раздельном измерении.

5.  Пользуясь техническим мостом, измерить сопротивление катушек: каждой отдельно, соединенных последовательно и соединенных параллельно.

•6. Вычислить относительную и абсолютную погрешность для величины искомого сопротивления Rx, определяемого при помощи линейного моста Уитстона.