|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы первый сомножитель EIRi содержит в себе лишь параметры самого датчика, а второй (Rl + ЯпГ зависит от согласования сопротивления нагрузки /н с внутренним сопротивлением Ri датчика и является безразмерным. Если ввести понятие степени согласования а = RjRi, то легко показать, что \ не зависит от абсолютных значений /?„ и Ri, а является функцией только их отношения, равного а. Действительно: t RiRi Ru!Ri а (Ri + R>,r i+2{R/Ri)+{R„/Rir {l+аГ Максимум мощности, получаемой в нагрузкегенераторного датчика, достигается при а = 1, т. е. при выборе R = Ri, и составляет Рцшах = 0,2BE/Ri. Таким образом, показателем энергетической эффективности генераторных датчиков является значение E/R = R.a. которое можно понимать как выражение мощности короткого замыкания датчика, т. е. максимальной мощности, которую может развить датчик Б собственном внутреннем сопротивлении /?, при коротком замыкании его выхода. Полезная мощность сигнала датчика на внешней нагрузке R всегда составляет некоторую часть от Рк.з> но не может быть больше 0,25Р,- Энергетическую эффективность граметрических преобразователей проанализируем для наиболее распространенного случая использования параметрических преобразователей в цепи неравновесного моста, уравновешиваемого перед измерением при л; = 0. Основная идея использования неравновесных мостов для работы с параметрическими преобразователями состоит в исходной компенсации начального значения сопротивления параметрического преобразователя Ro (при X = 0), которое не несет информации об измеряемой величине, и выделении сигнала лишь от приращений -AR сопротивления преобразователя при отклонении измеряемой величины X от нулевого или начального значения. Чувствительность по напряжению мостовой цепи в общем случае зависит от величины отклонения, т. е. при большой кратности изменения сопротивлений плеч моста функция преобразования является нелинейной, однако при небольших отклонениях от точки равновесия ее можно считать приблизительно линейной. Так как неравновесные мосты чаще всего, ради обеспечения малой погрешности линейности, используют в режиме малых относительных изменений сопротивления параметрических преобразователей 8 = AR/Ro, представляет интерес определить их чувствительность Б этом режиме, когда ее практически можно считать постоянной. Если при этом Бсе четыре плеча моста являются параметрическими преобразователями, а под действием измеряемой 452 величины X получены малые относительные изменения, равные соответственно +8i, -г, H-Sg, -84, то выходное напряжение моста а - (Д 1)2 (1 + 2 + 83 + 84), где к = R1/R2 = Ra/Ri - коэффициент отношения плеч (коэффициент симметрии) моста. Для равноплечего моста (К ~ 1) это приводит к соотношению [/„ = 0,25Е (е + 82 + 83 + 84). При использовании дифференциального преобразователя, т. е. при одновременном изменении сопротивлений двух плеч моста R + + AR, i?2 - AR к R„ 00 и -Е а при = i?2 и ARJR = ARJR =- е t/„ = 8£/2. Это значение чувствительности при „ = 00 остается справедливым при одновременном изменении на величину 8 и двух противолежащих плеч люста {Ri + AR и Rs + AR). При изменении лишь одного любого плеча моста чувствительность оказывается, естественно, вдвое меньшей и составляет U„ = {еЕ)/4, а при одновременном изменении всех четырех плеч (Ri + AR, R + AR, R - - ARjA Rg - AR) вдвое большей, т. е. [/„ == еЕ. Все приведенные соотношения получены для работы моста на нагрузку бесконечно большого сопротивления, т. е. для R = оо. При работе моста на нагрузку конечного сопротивления мощность выходного сигнала равноплечего мосга зависит как от мощности, чувствительности и числа используемых преобразователей, так и от степени согласования нагрузки с выходным сопротивлением моста. Равноплечий мост, у которого при измеряемой величине, равной нулю, Ri = Rc Rs = Ri = R, имеет выходное сопротивление Ri, также равное R. Поэтому максимальная мощность сигнала в нагрузке достигается при согласовании ее сопротивления с выходным сопротивлением моста, т. е. при Rj, = Ri~R-Чувствительность по напряжению при малых 8 = AR/R будет при этом б 2 раза меньше, чем при R = оо, т. е. = Vg (8) при одном рабочем (изменяющемся) плече, [/„а = V4 (еЕ) - при двух и [/„4 = V2 (sE) - при четырех. Мощность Рн = Ul/Rn, развиваемая при этом б нагрузке, будет соответстБенно P,.,i = = еЕУб4Р; Р, = еЕЧШ и Р,., = еЕУ4Р. Из полученных выражений для [/„ и Р видно, что чувстви-тельность моста растет как с числом рабочих плеч, так и при увеличении напряжения Е источника питания. Однако повышение напряжения питания ограничено предельно допустимым значением мощности рассеяния используемых преобразователей. Если учесть, что мощность Б каждом плече равноплечего моста равна Pi - == E/(4R), то выражения для Р„ через суммарную мощность Pv одного, двух или четырех рабочих преобразователей имеют вид Р.,1 = 1/16 (е-Р); Р„2 = 1/8 (8.) и Р„, - 1/4 (еР,). Таким образом, при одной и той же суммарной мощности используемых рабочих преобразователей оптимальным является равномерное распределение их во все четыре плеча моста. При использовании параметрических преобразоватачей в несимметричных, параллельно-симметричных или последовательно-симметричных мостах выражения для выходной мощности Р при нагрузке моста имеют тот же вид, с той лишь разницей, что коэффициент перед произведением rP принимает несколько другие значения (Vm, V, V4). Таким образом, подводя итог проведенному анализу, можно заключить, что наиболее важным параметром, определяющим мощность выходного сигнала измерительной цепи с параметрическими преобразователями, является их относительная чувствительность 8 = (удвоение е дает учетверение Р„), второй по важности является мощность рассеяния преобразователя Р. Произведение этих показателей Рэф - Pj; - эффективная мощность параметрического преобразователя - совокупный показатель мощности и чувствительности датчика, аналогичный показателю мощности короткого замыкания Р. g генераторных датчиков. Что же касается разнообразия используемых схем их включения, то изменение получаемой на выходе цепи мощности определяется лишь рядом коэффициентов (Vg, Via, Vj, различающихся не более, чем в 4 раза. Так обстоит дело с аналитическим описанием выходной мощности электрического сигнала, получаемого от генераторных и параметрических датчиков. Однако для приведения в действие и создания выходного сигнала датчик должен получить энергию от объекта измерения. Поэтому эффективность действия датчика определяется не просто развиваемой мощностью выходного сигнала, а соотношением этой мощности с энергией, отбираемой от объекта измерения. Электрическая энергия выходного сигнала генераторных датчиков получается только путем преобразования энергии, воспринимаемой от объекта измерения. При прекращении поступления энергии от объекта исчезнет и выходной сигнал. Поэтому эффективность действия генераторных датчиков может характеризоваться значением их коэффициента полезного действия как отношения мощности выходного сигнала к мощности потока энергии, отбираемого от объекта измерения, и выражаться в безразмерных единицах или ваттах на ватт. Для параметрических датчиков подобное соотношение является несколько более сложным. Источником энергии выходного электрического сигнала в этом случае является посторонний источник питания. Энергия же, отбираемая от объекта измерения, служит 454 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 |