Материал для самостоятельной работы слушателей по теме «Измерительные преобразователи и системы» (стр. 3 )

Рис. 2.12. Эквивалентная схема включения двух ИП.

- напряжение нагрузки.

Строим зависимость (рис.2.13).

Рис. 2.13. Выходная характеристика преобразователя с

двумя параметрическими измерительными преобразователями.

2.1.3.3. Схемы включения генераторных измерительных преобразователей

Различают следующие схемы включения генераторных измерительных преобразователей:

-  последовательные;

-  дифференциальные;

-  компенсационные.

Рассмотрим подробно последовательную схему включения генераторного измерительного преобразователя, которая приведена на рис.2.14.

Рис. 2.14. Последовательная схема включения генераторных ИП.

Ex~x – ЭДС пропорционально измеряемому параметру х;

- чувствительность по току;

- чувствительность по напряжению;

- напряжение нагрузки.

Строим зависимость (рис.2.15).

Рис. 2.15. Выходные характеристики генераторного ИП.

Приведем дифференциальную схему включения генераторного измерительного преобразователя (рис.2.16).

Рис. 2.16. Дифференциальная схема включения генераторного ИП.

Eинд~x.

Рассмотрим компенсационную схему включения генераторного измерительного преобразователя (рис.2.17).

Рис. 2.17. Компенсационная схема включения генераторного ИП.

В состоянии равновесия Ix=0, тогда

Ux=Ex-IxRип=Ex

Рассчитаем чувствительность по току:

(при Uk=const)

Будем считать, что схема, находится в равновесии.

Пусть Ux изменилось, тогда:

- приращение тока;

- сопротивление плеча аб;

- чувствительность по току.

Строим зависимость (рис.2.18).

Рис. 2.18. Изменение чувствительности в зависимости от Rk.

Компенсационный метод один из самых точных методов измерения (в случае постоянного тока, т. к. не отнимается энергия от источника, мультипликативная погрешность нуль-индикатора равно 0.

2.1.3.4. Мостовые схемы включения ИП

Мостовые схемы, как правило, используются с параметрическими ИП.

Мостовые схемы включения ИП бывают:

-  симметричный неуравновешенный мост с одним активным плечом;

-  симметричный неуравновешенный мост с двумя активными плечами;

-  симметричный неуравновешенный мост с четырьмя активными плечами.

1. Симметричный неуравновешенный мост с одним активным плечом.

Приведем схему моста с одним активным плечом в общем виде (рис.2.19).

Рис. 2.19. Схема моста с одним активным плечом.

Будем считать, что под действием полезного сигнала меняется сопротивление одного из плеч моста.

Кроме того, считаем, что мост не содержит реактивных элементов, уравновешен при условии

Если мост неуравновешен (∆R ≠ 0), то ток в цепи будет равен:

Рассмотрим несколько частных случаев условий симметричности:

1. R0 = R3 , R2 = R4

Введем обозначения:

;

(2.1)

;

;

;

,

где ε– это преобразованный полезный сигнал.

Строим зависимость (рис.2.20):

Рис. 2.20. Зависимость напряжения разбаланса моста от ε.

Преобразуем выражение для Uн:

,

где С – коэффициент нелинейности;

k – коэффициент чувствительности.

;

,

где а - может быть любым.

Строим зависимости (рис.2.21).

Параметр b изменяется в интервале:

0 ≤ b ≤ 1.

Рис.2.21. Зависимости k и С от параметров a и b.

при b=1/2

Анализируя кривые считаем, что оптимальный по линейности и чувствительности мост при условии, что b=1/2 и a®¥, откуда следует, что R2=R0 , а Rн>>R0.

При этих условиях напряжение нагрузки будет иметь следующий вид:

.

Входное сопротивление моста по отношению к источнику питания Ri = R0.

Приведем схему оптимального моста по линейности (рис.2.22).

Рис. 2.22. Схема моста оптимального по линейности.

Рассмотрим условие оптимального согласования по мощности:

.

Мощность нагрузки Рн зависит от Rн, согласно формуле (2.1) Rн ~ a.

Строим зависимость Рн= f (a) (рис.2.23).

Рис. 2.23. К определению экстремального значения Рн.

Найдем максимальное Pн в зависимости от Rн

;

;

amax содержит ε, а это плохо, т. к. ε зависит от полезного сигнала. Это выражение имеет практический смысл, если ε мало.

/

Будем считать, что ε << 1, тогда:

.

Строим зависимость Рмакс= f(b) (рис. 2.23).

Рис. 2.23. График зависимости Рмакс от b.

Различают чувствительность моста по току:

или .

Точно также можно рассматривать чувствительность по напряжению и мощности (SU и SP)

.

Теперь возьмём производную:

;