Тема 2.2. Схемы включения датчиков

 

1. Мостовые измерительные схемы

2. Компенсационная и дифференциальная схемы

 

1. Существующие методы электрических измерений можно в основном разделить на два класса: непосредственной оценки и сравнения.

При непосредственной оценке измерительная схема выполняет лишь функции преобразования выходного сигнала датчика, например, усиливает его или согласует выходное сопротивление датчика с входным сопротивлением прибора. Этот метод прост, но применяется редко, так как ему свойственны значительные погрешности (особенно при изменении напряжения питания датчика).

Метод сравнения обеспечивает более высокие точность и чувствительность. При этом используются мостовые, дифференциальные и компенсационные схемы измерения.

 

Мостовые измерительные схемы применяют постоянного и переменного тока. Существуют мостовые схемы уравновешенные и неуравновешенные схемы. Уравновешенные мосты требуют ручной или автоматической балансировки, в то время как неуравновешенные мосты не требуют

Уравновешенный мост представляет собой схему (Рис. 34, а), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями R₁ R₂, R₃, R_t. Резисторы в схеме называют ветвями или плечами моста. Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением R_E и измерительный прибор с сопротивлением R_пр. В четырехугольнике также есть две диагонали, в одну из которых включен миллиамперметр, а в другую - источник тока. Для подстройки моста одно плечо (R₃) является переменным сопротивлением.

  

Закон уравновешенного моста: произведение сопротивлений противолежащих плеч должны быть равны.

 

   R₁/ R₂ = R₃/ R_t. или R₁· R_t = R₂· R₃.                         (2.3)

 

Если необходимо вычислить неизвестное сопротивление датчика, то можно включить его в одно из плеч моста, вместо резистора R ₄ · и воспользоваться формулой:

R_t = R₂· R₃/ R₁.                                            (2.4)

 

Ток в диагонали моста, содержащей  измерительный прибор, через напряжение питания:

I_пр=U(R₁R_t-R₂R₃)/M.                              (2.5)

 

Основной характеристикой любой схемы является ее чувствительность. Она определяется как отношение приращения тока в измерительной диагонали ∆ I_пр к вызвавшему его изменению сопротивления одного из плеч моста:

 

S_сх =∆ I_np /∆ R,                                                 (2.6)

 

∆ I_пр= U ∆ RR_t / M.                                              (2.7)

 

где ∆ I_пр - результирующий ток в диагонали моста, содержащей измерительный прибор, A; U - напряжение питания, В; М - входное напряжение, В.

R 5

Неуравновешенный мост представляет собой схему (Рис. 34, б), состоящую из ромба, образуемого четырьмя сопротивлениями R₁ R₂, R₃, R₅, R_t. Помимо этого в мостовую схему включены источник тока со своим сопротивлением R_E и измерительный прибор с сопротивлением R_пр. Для подстройки моста одно плечо (R₅) является переменным сопротивлением.

В качестве измерительного прибора в неуравновешенных мостах используются амперметры (так как токи невелики, то обычно мили- и микроамперметры). Неуравновешенный мост подчиняется тем же законам, что и уравновешенный.

 

2. Компенсационные схемы используют для измерения неэлектрических величин, которые преобразуются датчиками в ЭДС или напряжение. Сигнал датчика сравнивается с компенсирующим напряжением, вырабатываемым потенциометром. Подбор компенсирующего напряжения выполняется вручную или автоматически.

 

б)

а)

Компенсационная схема с ручным уравновешиванием, представлена на рис. 35, а. Измеряемая ЭДС Е_х или напряжение U _х уравновешиваются напряжением U _к, снимаемым с резистора R _к , представляющего собой часть резистора R. Все сопротивление резистора R включено в цепь источника питания с ЭДС Е. Схема состоит из двух прямоугольников В нижней части находится датчик, имеющий сопротивление R_д. Резисторы в схеме называют ветвями или плечами моста. В состав схемы включен прибор, называемый нуль - индикатором (НИ), который служит для определения нулевого значения тока после компенсации.

Для поддержания стабильного тока питания I можно использовать регулировочный резистор R_рег и миллиамперметр или применить источник стабилизированного напряжения как в автоматическом потенциометре (Рис. 35, б)

Ток через прибор:

 

I_пр = (U _х - U _к )/(R_д + R _к + R_пр ),                                   (2.8)

где R_д- сопротивление датчика,   R _к – сопротивление резистора, R_пр - сопротивление прибора, U _к – компенсирующее напряжение, U _х – измеряемое напряжение.

Чувствительность компенсационной схемы можно определить как отношение приращение тока через прибор к вызывающему его изменению измеряемого напряжения:

 

S _сх =∆ I_np /∆ U _х,                                                (2.9)

 

  ∆ I_np=∆ U _х /( R _аб + R_пр+R_д),                                     (2.10)

где R _аб – внутреннее сопротивление электрической цепи питания.

 

.                                    (2.11)

Компенсационный метод измерения применяется в цепях как постоянного, так и переменного тока.

 

 

 

Дифференциальная схема - это гибрид мостовой и компенсационной схем. Состоит из двух смежных контуров с источником питания, а измерительный прибор включен в общую ветвь контуров и реагирует на разность контурных токов. В дифференциальной схеме могут быть использованы параметрические (с изменяющимся сопротивлением) и генераторные (с изменяющейся ЭДС) датчики.

Дифференциальная схема включения параметрических датчиков показаны на рис. 36, а (датчик включен в один контур). Дифференциальная схема включения генераторного датчика показана на рис. 36, б. В этой схеме датчиком является так называемый дифференциальный трансформатор.

Для расчета токов в дифференциальной схеме используют метод наложения: сначала определяют токи от одной ЭДС, а затем от другой.

Изменение тока через прибор будет рассчитываться:

 

, (2.12)

 

где I_пр^/ - ток через прибор при включении параметрических датчиков в один контур

I^// - ток через прибор при включении параметрических датчиков в оба контура

 

 

Чувствительность дифференциальной схемы определяется аналогично предыдущим схемам эмпирически, путем подстановки опытных данных

Ток в измерительной цепи мостовых и дифференциальных схем зависит от напряжения питания. Колебания напряжения питания приводят к появлению погрешности, так как ток через прибор и отклонение его стрелки изменяются даже при неизменном сопротивлении датчика.

 

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: