|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы включение измерительных преобразователей и в этом случае более, чем на порядок, уменьшает величину нелинейности. При заданной величине нелинейности дифференциальное включение измерительных преобразоБателей«ПОЗБОляет более, чем на порядок, увеличивать диапазон изменения измеряемой величины. Следует отметить, что и другие целенаправленные изменения структуры измерительного устройства могут привести к уменьшению нелинейности устройства при заданном диапазоне изменения измеряемой величины или при заданной нелинейности к увеличению диапазона изменения измеряемой величины. Определяя нелинейность измерительного устройства по формуле (2.24) и вводя дополнительный преобразователь с регулируемой величиной нелинейности, можно с помощью этого дополнительного преобразователя минимизировать сумму (2.21). Такой прием часто используется на практике для настройки датчиков по допустимой величине нелинейности и описан ниже. Описанные приемы анализа функции преобразования являются общими для любых типов датчиков и измерительных цепей и могут использоваться как для анализа характеристик и параметров, датчиков, так и для научно обоснованного синтеза структурных схем измерительных устройств. Следует заметить, что оценка нелинейности измерительных устройств производится по формулам, полученным для оптимального положения линейной характеристики [131]. Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ ДАТЧИКОВ 3.1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ДАТЧИКОВ В реальных конструкциях датчиков механических параметров измерительные цепи, рассмотренные в гл. 2, могут быть дополнены различными элементами. Включение дополнительных элементов обусловлено принятым методом преобразования неэлектрической величины Б электрическую, условиями эксплуатации, характером распределения параметров влияющих факторов, методом последующей обработки информации, поступающей с датчика, особенностями конкретного объекта, на котором производится измерение, и т. д. Поэтому пытаться рассмотреть все разнообразие конфигураций измерительных цепей явно лишено смысла. Для демонстрации пути и последовательности проектирования целесообразно весь процесс рассмотреть на отдельном примере. Для измерения различных неэлектрических величин (давлений, сил, деформаций, моментов и др.) в настоящее время широко используют тензорезисторные датчики [1], в которых преобра-,;<~ зователем механической величины в электрическую является тен-- зорезистор. Чаще всего тензорезисторы включают в измерительную цепь либо Б виде делителя напряжения, либо в виде моста [ИЗ], причем Б состав реальной измерительной цепи, кроме тен-зореьистороБ, входят различные вспомогательные элементы (рис. 3.1 и 3.2). Тензэрезисторы с сопротивлениями г, г, Гд и включены Б плечи моста или делителя напряжения. В общем случае каждое плечо моста или делителя напряжения может быть образовано из нескольких тензорезисторов, включенных параллельно, последовательно или последовательно-параллельно. В частном случае тензорезисторы могут быть включены в одно или два плеча и тогда цепь называется цепью с одним или двумя рабочими (активными) плечами. Под действием измеряемой величины (или величины, функционально с ней связанной) величины ri, г, Гд и изменяются. Эти изменения часто выражают в относительных единицах: 8i = A/-i/ri; EArJr, ед = Агз -з; eArJr, и называют относительными изменениями сопротивлений плеч. На выходе измерительной цепи, питающейся от источника Е с вну- П Е cm-о о-  Рис. 3.1. Реальная мостовая измерительная Рис. 3.2. Реальная изме-цепь тензорезисторного датчика рительная цепь в виде делителя напряжения тренним сопротивлением /(, на нагрузке г„ появляется выходной сигнал f/x- Сопротивления рабочих плеч в общем случае изменяются не только под действием измеряемой величины, но и под действием влияющих факторов, например температуры. В этом случае изменение сопротивлений плеч может привести к изменению начального уровня выходного напряжения (начального разбаланса) измерительной цепи. Для компенсации этого влияния в плечо включают сопротивление /р, изменяющееся под действием влияющего фактора так, чтобы начальный разбаланс измерительной цепи оставался постоянным. В идеальном случае изменение сопротивлений плеч измерительной цепи под действием измеряемой величины должно происходить в соответствии со следующими условиями: = SX; 83= = SgX; 83 = SgX; SX, где Sj, S, S3, S4 - чувствительности тензорезисторов к измеряемой величине. Однако под действием влияющих факторов чувствительности S, S, Sg, могут изменять свою величину, что, как правило, приводит к появлению погрешности. Для компенсации этого изменения в цепи предусмотрено чувствительное к данному влияющему фактору компенсационное сопротивление /„, величина которого рассчитывается так, чтобы погрешность от влияющего фактора была равна нулю. Чаще всего это сопротивление компенсирует мультипликативную температурную погрешность датчика. Иногда при изготовлении датчиков возникает необходимость регулировать чувствительность датчика и устанавливать ее равной Номинальной. Для этого в измерительную цепь чаще всего в диагональ питания включают добавочное сопротивление гб- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |