Таблица 19-4

Способы включения датчиков сопротивлений в схему моста

Величина тока в измерительном приборе

Относительная чувствительность схемы (по отношению к 1.Й)

Rn -!-UR

p+AfT

AR

и-any

2 o(2 H + c)

0 (2 и+ о)

- AR

-и у,

Дифференциальная измерительная цепь

Дифференциальная измерительная цепь представляет собой электрическую пень, состоящую из двух смежных контуров, имеющих одну общую ветвь. В каждом из таких контуров цепи действует отдельная э. д. с.

(рис. 19-26). В общую 0 ~ я для обоих контуров

ветвь включается ин-

дикаторный прибор, реагирующий на разность действующих в контурах э. д. с. (при параллельном включении контуров) или ток (при последовательном включении контуров).

Вместо одного или двух сопротивлений, входящих в оба контура дифференциальной схемы, могут включаться датчики, реагирующие на измеряемую величину. Изменение соотношения величин сопротивлений вызывает соответствующую разбалан-еировку измерительной цепи, что регистрируется индикаторным прибором.

Если предположить, что Ui = U2=V и ZhCZ, а датчик включен в один из контуров и изменяет свое сопротивление на AZ, то чувствительность дифференциальной измерительной цепи по току, определяемая как отношение приращения тока индикатора Д/и к изменению сопротивления датчика AZ, может быть найдена из выражения

Рис. 19-26. Дифференциальная измерительная цепь.

(Z + 2Zu)Z а по напряжению (при условии 2и>2)

(19-32)

д.цс; -

(19-33)

Дифференциальные схемы имеют более высокую чувствительность по сравнению с мостовыми схемами. Они используются преимущественно на переменном токе. В этом случае применяются датчики сопротивлений, емкостные и индуктивные. При использовании только датчиков сопротивления и соответствующих источников питания дифференциальные цепи могут применяться и на постоянном токе.

Применение дифференциальных измерительных цепей в измерителях неэлектрических величин, так же как и в случае применения мостовых цепей, позволяет осуществить компенсацию влияния нестабильности внешних условий (обычно температуры) на точность измерения.

Такая компенсация производится путем установки вместо сопротивлений в плечах дифференциальной цепи двух идентичных датчиков или же одного дифференциально-

го. С помощью одного из датчиков производится измерение неэлектрической величины, второй же датчик остается свободным, но оба они подвергаются воздействию общего дестабилизирующего фактора (например, температуры). Степень компенсации зависит от идентичности датчиков и плеч измерительной схемы.

Достоинством дифференциальных измерительных цепей, использующих нулевой (балансный) метод измерений, является независимость результата измерения от величины питающего схему тока или напряжения.

Компенсационные цепи

Работа компенсационной цепи основана на уравновешивании измеряемой э. д. с. (напряжения) равным и противоположным по полярности напряжением, величина которого может быть определена с достаточной точностью (рис. 19-27). Равенство измеряемого и компенсируемого напряжений устанавливается по нуль-индикатору НИ, в качестве которого используется электроизмерительный прибор с малым потреблением тока, например гальванометр.

Преимущество компенсационного метода состоит в том, что энергия от источника измеряемого напряжения не потребляется, поэтому измерения могут производиться с высокой степенью точностп.

Уравновешивание схемы осуществляется вручную или автоматически (автокомпенсационная схема). Условие ко.мпенсации схемы имеет следующий вид:

Рис 19-27. Компенсационная измерительная схема.

Дл:-До

Отсюда

Ro + Rk ~Ь Rr

Ex = Uo = /До.

При /=const Ex пропорционально Ro, т.е. при линейном сопротивлении До (реохорд) измеряемое напряжение пропорционально расстоянию между движками а и б.

Чувствительность компенсационной схемы определяется как отношение изменения тока в нуль-гальванометре Д/ц к изменению измеряемого напряжения ДД. Измеряемым напряжением Ех может быть выходное напряжение генераторного датчика.

Компенсационная измерительная цепь в электрическом измерителе неэлектрических величин в ряде случаев используется несколько по-другому.. В цепь реохорда включается датчик (сопротивление). При известном Ех (эталон) в момент равновесия по

положению движков реохорда можно определить величину изменения сопротивления датчика /?д, а следовательно, и изменение измеряемой неэлектрической величины.

Измерительная цепь с колебательным контуром

На рис 19-28 представлена схема измерительной пепи с избирательным колебательным контуром, образованным реактивными элементами Ьк и Ск.

Рис. 19-28. Колебательный контур как измерительная цепь.

Измерительная цепь питается от постороннего источника переменной э. д. с Частота питающего напряжения выбирается близкой к собственной резонансной частоте контура. На выходе цепи выделяется постоянное напряжение, получаемое в результате детектирования переменного напряжения, которое снимается с колебательного контура.

В качестве одной нз реактивностей контура (емкости или индуктивности) или ее части включается соответственно емкостный или индуктивный датчик. При воздействии на датчик измеряемой неэлектрической величины контур расстраивается и выделяемое на нем напряжение изменяется.

Таким образом, величина напряжения на выходе измерительной цепи оказывается зависимой от измеряемой неэлектрической величины, воздействующей на вход датчика.

Чувствительность измерительной цепи с колебательным контуром, определяемая как отношение приращения выходного напряжения к изменению выходной величины датчика, зависит от качества контура и выбора рабочей точки (частоты) в пределах амплитудно-частотной (резонансной) характеристики контура. Максимальная чувствительность будет при расстройке немодулирован-ного сигнала fc относительно резонансной частоты контура foK на величину fc - foK = =0,7 Aft где Afn-половина полосы пропускания контура. При этом выходное напряжение будет равно:

ивых = 0,82ирез.

где L/рез - напряжение, снимаемое с контура при резонансе.

Рассмотренная измерительная цепь может использоваться в качестве несимметричного частотного детектора,

on 1 orv?

Измерительная цепь с автогенератором .

В состав измерительной цепи, представленной на рис. 19-29, входят автогенератор и устройство для измерения частоты генерируемых сигналов. Отдельные элементы генератора, определяющие частоту генерируемых им колебаний, заменяются соответствующими датчиками (емкостными, индуктивными, датчиками сопротивлений). С изменением выходной величины датчика изменяется частота генерируемых колебаний, что фиксируется частотным детектором (частотным дискриминатором), а выходное напряжение, характеризующее значение преобразуемой неэлектрической величины, измеряется электрическим прибором, шкала которого может градуироваться в единицах входной величины датчика.

В качестве автогенераторов в измерительной цепи могут использоваться RC- и iC-генераторы синусоидальных колебаний, блокинг-генераторы и мультибибраторы. Измерение частот сигналов автогенераторов в измерительных схемах производится чаще с помощью частотных детекторов, однако применяются и другие методы измерения частоты (осциллографический, метод сравнения, резонансный и т. д.).

Рис. 19-29. Генераторная измерительная цепь.

Чувствительность измерительной схемы определяется произведением чувствительности генератора Кт< преобразующего изменения выходной величины датчика в изменение частоты генерируемых колебаний, и чувствительности частотного детектора /Сд, посредством которого изменения частоты преобразуются в выходное напряжение измерительной схемы,

Чувствительность генератора зависит от среднего значения частоты генерируемых колебаний fo, при которой преобразуемая величина на выходе датчика равна нулю, и начального . значения выходной величины датчика.

Чувствительность частотного детектора зависит от его схемы и диапазона, в котором выбрана рабочая частота.

Погрешность измерительной схемы определяется влиянием различных дестабилизирующих факторов, влияющих на работу генератбра. и частотного детектора. Важнейшее значение при этом имеют измерение температуры окружающей среды и нестабильность напряжения питания.

Для уменьшения влияния температуры на точность измерений применяются раз-