По измеренному ризб определяется средняя скорость потока. На рис. 19-24 приведено устройство для измерения скорости потока. Оно состоит из трубки (трубка Пито), имеющей отверстие в центре, направляемое по потоку, и щель сбоку. Торможение движущегося потока приводит к повышению давления в центральном отверстии. Полное

Pew

Дптчия Ризе

Рис. 19-24. Скема измерителя скорости потока.

образующееся здесь давление роб складывается из статического рст и динамического (избыточного) давлений

Роб = Рст.+ Ризб-давление в полости трубки, связанной с боковыми отверстиями, равно статическому

давлению р -i. Разность давлений, подводимая к датчику перепадов, равна избыточному давлению

Роб - рст = Ризб = Y -

На выходе датчика перепада образуется напряжение, пропорциональное ризб- Прибор, измеряющий это напряжение, градуируется Б единицах скорости потока. Часто для получения линейной зависимости выходного сигнала от измеряемой скорости применяют измеритель перепада с квадратичной характеристикой.

19-12. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ

В электрических измерителях неэлектрических величин измерительной цепью называют устройство, посредством которого осуществляется связь выхода датчика с входом электрического измерительного (индикаторного) прибора. В простейшем измерителе роль измерительной цепи выполняют обычные соединительные провода.

В общем случае измерительная цепь может служить для: согласования выхода датчика с входом электрического измерительного прибора для получения максимальной чувствительности измерителя; усиления выходных сигналов датчиков; преобразования одного вида выходных электрических величин датчиков в электрические величины других видов; компенсации различного рода погрешностей измерений, которые возникают из-за различного рода дестабилизирующих факторов (изменение температуры, питающих напряжений и др.).

Важнейшей характеристикой измерительной цепи является зависимость между ее выходной и входной величинами.

Отношение приращения выходной величины измерительной цепи ДМн к приращению входной величины ДЛ?и называется чувствительностью измерительной цепи

ми

Обычно входная и выходная величины измерительной цепи являются электрическими величинами. В общем случае они могут быть различными по своему характеру.

В качестве измерительных цепей наиболее широко используются мостовые схемы на постоянном и переменном токе, дифференциальные и компенсирующие схемы,

В электрических измерителях неэлектрических величин, использующих емкостные и индуктивные датчики, определение значения неэлектрической величины на основании непосредственного измерения выходной величины датчика производится очень редко. Это объясняется тем, что непрерывно производить непосредственное измерение емкости или индуктивности неудобно.

Обычно изменения емкости или индуктивности (выходные величины емкостного и индуктивного датчиков) преобразуются измерительной схемой в изменения амплитуды, фазы или частоты переменного тока (напряжения) с тем, чтобы после обратного преобразования (демодуляции) получить соответствующее по величине постоянное . напряжение и измерить его простым стрелочным прибором.

Для преобразования изменений емкости (индуктивности) в изменения амплитуды, фазы и частоты переменного тока используются соответственно селективные измерительные цепи в виде колебательных LC-koh-туроБ, фазосдвигаюшие измерительные цепи и различные автогенераторы.

Мостовая схема на постоянном токе

В этой схеме (рис. 19-25) резисторы Ri, R , Rs и 4 образуют плечи моста; электрический измерительный прибор [хЛ, включенный между точками а и б (диагональ моста), служит для измерения (индикации) тока при разбалансировке моста.

Условие равновесия (баланса) моста (/и =0) выполняется, если

RiRi = ДаДз-

Это условие может быть нарушено путем изменения величины сопротивления одного из плеч моста.

Если мостовая схема используется в качестве измерительной цепи, то в качестве одного из сопротивлений плеч включается датчик электрического сопротивления. С изменением входной величины датчика изменяются величина разбалансировкн моста и соответственно ток через измерительный прибор.

Применяются два основных вида мостовых измерительных цепей: 1) равновесный мост, в котором используется нулевой метод измерения, и 2) неравновесный мост, позволяющий осуществлять измерение непосредственным отсчетом.

В равновесном мосте измерительный прибор служит индикатором наличия разбаланса. Схема моста при этом балансируется

Рис. 19-25. Скема измерительного моста постояниогр тока.

перемещением движка дополнительного регулировочного сопротивления, включенного в одно из плеч. Перемещение движка дополнительного реостата может быть отградуировано в единицах измеряемой величины, вызвавшей первоначальную разбалансн-роБку схемы.

Величины сопротивления датчика и перемещения движка. регулировочного резистора будут связаны линейной зависимостью только в том случае, если датчик и регулировочное сопротивление будут включены последовательно и составлять одно плечо моста.

В неравновесном мосте разбалансировка, появляющаяся при изменении сопротивления одного из его плеч (датчика), не устраняется. Ток в измерительной диагонали моста, характеризующий величину разбаланси-ровки, а следовательно, и изменение входной неэлектрической величины датчика, измеряется электрическим прибором, щкала которого градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины.

Для измерения неэлектрических величин наиболее часто используются неравновесные мостовые схемы, при помощи которых можно непосредственно отсчитывать измеряемую величину по щкале прибора. -

Равновесные мостовые схемы больше используются Б системах автоматического ре-гу.11ирования и управления различными процессами.

Различают низкоомные и высокоомные мосты. В низкоомных мостах эквивалентное сопротнвление моста (/? ) Для тока / (рис-19-25) значительно меньще, чем внутреннее сопротнвление источника питания Rbh-В этом случае изменение сопротивлений

плеч моста практически не влияет на величину тока, протекающего через мост от источника питания, т. е. /=const. В высокоомных мостах, питающихся от источников со сравнительно небольшим внутренним сопротивлением RwyRsH, с изменением величины сопротивлений плеч постоянным остается напряжение, прикладываемое ко второй диагонали моста вг (рис. 19-25).

и = Е - IRbu = const.

Под чувствительностью мостовой схемы понимается отнощение приращения тока Д/и, протекающего через прибор, включенный в измерительную диагональ моста (точки с, б на рис, 19-25), к изменению величины сопро-тпвления одного из плеч (например, Ri)

Если все сопротивления резисторов мостовой схемы представить через сопротивление резистора одного из плеч, например

R2 = mRi; Rs = nRi, Ri = mnRi и Ri = gRi.

тогда чувствительность равновесного моста по току для случая, когда /внСм при условии изменения Ri (датчик), может быть определена из выражения

(l+m)l,(l+-)+.

Максимальная чувствительность при постоянных значениях п к q получается, если

1 i-n+q

Дополните.чьным условием при выборе величины сопротивлений резисторов мостовой схемы может быть условие ограничения тока в элементах моста и, в частности, в одном из резисторов, выполняющем функцию датчика (Ri).

При расчете практических мостовых схем обычно исходят из того, что к имеющемуся датчику сопротивления, например Ri, и измерительному прибору с внутренним сопротивлением Rt, подбирают элементы мостовой схемы так, чтобы добиться требуемой или максимальной чувствительности всего измерительного устройства.

В уравновешенных мостах источники питания и индикаторный прибор могут меняться местами подключения, т. е. нзмеритить-ная диагональ может стать диагональю подключения источника питания и наоборот. При этом равновесие моста не нарушается, чувствительность же остается неизменной

только при равенстве сопротивлений всех плеч моста.

В неравноплечем мосте для получения наивысшей чувствительности резисторы с меньшим сопротивлением включаются по одну сторону диагонали источника питания, а большие - по другую. Невыгодное вклю-*-чение индикатора в случае большой разницы в сопротивлениях плеч приводит к существенному понижению чувствительности моста (в 10-20 раз). Погрешность измерений с помощью балансного моста может быть очень высокой (до 0,017о)-

Анализ чувствительности неравновесного моста в общем виде связан со значительными трудностями и представляет интерес только для конкретных случаев включения элементов моста.

Оценка способов включения датчиков в измерительную схему производится при одинаковых параметрах моста. Для этих целей обычно используется простейший мост, в котором R2=Rs=R4=Rci, а Д1=До± itAi? (сопротивление датчика). Чувствительность такого моста близка к оптимальной. Величина тока в измерительной диагонали этого моста связана с его параметрами следующим соотношением (при условии, что внутреннее сопротивление источника пи- тания ДвиС-м ):

2RA2R +Ro)

Из приведенного соотношения следует, что чувствительность равноплечего небаланси-руемого моста составляет;

Выражения для определения тока в мостовых схемах с другими способами включения датчиков приведены в табл. 19-4. В этих схемах изменяемые сопротивления обозначены Ra+hR и Ro-AR, а неизменяемые До. Обозначение До-ДД указывает на то, что изменение сопротивления этого плеча аналогично изменению сопротивления, обозначенного Ro+AR, знаки же изменений величин этих сопротивлений противоположны, т. е. в одном плече сопротивление увеличивается на АД, а во втором уменьшается на такую же величину.

Погрешность измерений с помощью неравновесного моста не превышает 0,5%. Шкала измерительного прибора моста при условии AR€Ro достаточно линейна для практических целей.

Мостовая схема на переменном токе

Мостовая схема, питающаяся от источника переменной э.д.с, называется мостом переменного тока. Все основные соотношения в этом случае остаются такими же, как и для моста постоянного тока, при условии замены в них величин активных сопротивлений плеч моста полными сопротивлениями.

Условие баланса моста определяется соотношением

Zz Zi

1) ZiI IZ4I = iZsI Zs;

2) Ч)1Ч-Ч)4 = ф2+Ч8.

где 2=1 Z le*:- полное сопротивление плеча, модуль которого

\z\==Vr + x:

R i- активная составляющая

сопротивления; X-реактивная составляющая сопротивления; фь ф2. Фз. ф4 -фазы для соответствующих полных сопротивлений.

Мост на переменном токе балансируется значительно труднее, чем мост на постоянном токе. Это объясняется тем, что после выполнения первого условия равновесия необходимо выполнить второе условие (сфа-зировать мост), не нарушая первого. Полная балансировка моста при этом достигается методом последовательных приближений.

В мостах переменного тока могут использоваться в качестве плеч моста, кроме датчиков сопротивлений, также емкостные и индуктивные датчики. Преимущество измерительных мостов переменного тока состоит в том, что снимаемые с их измерительных диагоналей незначительные по величине напряжения могут усиливаться обычными ламповыми усилителями переменного тока. Для усиления сигналов, снимаемых с мостов постоянного тока, могут использоваться только усилители постоянного тока.

Мостовая измерительная цепь позволяет сравнительно просто осуществить компенсацию погрешностей измерения неэлектрических величин, вызываемых нестабильностью температуры окружающей среды. С этой целью в плечо моста, соседнее с рабочим плечом (куда включен датчик), включается нерабочий датчик, аналогичный рабочему. С изменением температуры окружающей среды величины сопротивления рабочего и компенсирующего датчиков будут изменяться на одинаковую величину и с одинаковым знаком. Вследствие того что указанные датчики включены в соседние, а не противоположные плечи моста, температурные изменения сопротивлений будут компенсироваться и не вызовут изменений тока в индикаторном приборе.

Чем ближе мост к режиму равновесия, тем более полной оказывается компенсация температурной погрешности. Применение в измерительных мостах дифференциальных датчиков приводит наряду с увеличением чувствительности измерительных цепей к увеличению точности измерений за счет компенсации температурных погрешностей.