|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Сопротивление r, стоящее в мостовой измерительной цепи, служит для подгонки начального разбаланса и называется балансировочным сопротивлением. Сопротивления rgi, г,, т составляют схему балансировки датчика и предназначены для установки заданного начального разбаланса измерительной цепи (датчика). Сопротивление схемы балансировки для тензорезистор ного датчика значительно больше сопротивлений ллеч измерительной цепи. Сопротивления Гл1, гг, /"лз, /"ли являются экивалентными сопротивлениями соединительных проводов. Их величина определяется типом и длиной соединительного кабеля между датчиком и последующим трактором преобразования. Такие элементы измерительной цепи, как тензорезисторы, компенсационные, добавочные и балансировочные сопротивления, монтируют внутри датчика. Остальные элементы, как правило, входят Б состав преобразователя, с которым должен работать датчик. Перечисленные выше элементы измерительной цепи влияют на градуироБочную характеристику датчика. Практически всегда ее определяют экспериментально для каждого датчика: для заданных значений физического параметра (нагрузки) определяют величину либо выходного напряжения, либо тока. Эту характеристчку в дальнейшем используют для расшифровки результатов измерения. Датчик, как правило, является частью измерительной системы, содержащей последовательность устройств преобразования и регистрации. Для облегчения оценки результатов измерения в тех случаях, когда градуировка всей измерительной системы затруднена, Б измерительную цепь датчика вводят элементы калибровки, позволяющие создать эталонные электрические воздействия на датчик, эквивалентные определенным фиксированным нагрузкам. Таким элементом является калибровочное -сопротивление i\ (рис. 3.1 и 3.2). Оно подключается к измерительной цепи кратковременно для регистрации (записи) величины сигнала, соответствующего фиксированному значению нагрузки. При этом появляется возможность оценки чувствительности (коэффициента преобразования) всего тракта измерения, что существенно облегчает расшифровку результатов измерения. Поскольку в качестве калибровочных сопротивлений используют прецизионные резисторы, то калибровка тракта измерения непосредственно перед выполнением измерений позволяет повысить точность. Для вывода основных соотношений, используемых для расчета измерительной цепи, рассмотрим ее функцию преобразования. 3.2. ФУНКЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РЕАЛЬНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ БЕЗ КАЛИБРОВКИ Ранее (см. гл. 2) была получена функция преобразования идеализированной измерительной цепи при = оо, сопротивлеции источника питания и сопротивлениях, включенных в цепь пита- ния, равных нулю. Отклонение от этих условий приводит к Другим значениям выражения питания и выходного сигнала измерительной цепи. Так, если обозначить через г„ = г, + Глх + г + /-дое сопротивление цепи питания, а через г - входное сопротивление измерительной цепи, то напряжение питания идеализированной измерительной цепи может быть выражено через ЭДС источника питания: Как видно из рис. 3.1, входное сопротивление моста при /-g, > > /"i + р > бо и > /"з + р > /"бо. что выполняется для тензорезисторных датчиков [6], будет (1 + Ге) (г, -f г,) -f /-irg (гз -f и) -Ь Гз-4 (/-1 + Га) „. (1+2 + 3-14) I (1 + Гя) (2 + Г4) где Г1, Гз, Гд, - сопротивления плеч моста; Гу =.= г„ + Гло + + - сопротивление цепи указателя. Так как в тензорезисторных датчиках изменения сопротивлений малы и выполняется условие rjr = rjr k, то, поделив числитель и знаменатель (3.2) на гг и проведя соответствующие преобразования, получим " 2 + .-4 ~ 1 + г,/г, - М + ,-,/га - откуда следует, что для тензорезисторных датчиков входное сопротивление моста не зависит от сопротивления указателя. Входное сопротивление делителя напряжения, как видно из рис. 3.2, при > /-2 Н- Го, Ч Гдоб + и > г, + Гр + /"л,, что выполняется в тензорезисторных датчиках, /"вх. д = г., -Ь /-1Гу/(Г1 + Гу), (3.4 где Tj, - сопротивления первого и второго плеч делителя напряжения (сопротивление Гр входит в сопротивление первого плеча); Гу = г,, + Гл1 + Гг - сопротивление указателя. Выходной сигнал реальной измерительной цепи может быть следующим образом определен по выходному сигналу идеализированной измерительной цепи: tBux = fx X-i--ЧГг- (3-5) к. x - выходной сигнал идеализированной измерительной цепи; r - сопротивление нагрузки; г,щх - выходное сопротивление моста или делителя напряжения, Гдо„ - сопротивление жил кабеля (Гдоп Гла +- - ДЛЯ моста, гр,, = гг +- л! - для делителя напряжения). Выходное сопротивление моста /-и (Гг + rs) (Г2 + •4) + ГгГ-- (з + «) + (Гг + г) «- 7и (ri + ,-2 + Гя -Ь r) + (Г1 + Га) (Гз -f- 4) Проводя преобразования и замены аналогично тому, как это делалось для определения входного сопротивления моста, получим Для тензорезисторного датчика выходное сопротивление моста не зависит от сопротивления цепи источника питания. Выходное сопротивление делителя напряжения (см. рис. 3.2) вы. = -Ф. (3-7) Г1 + Гз + г„ где Гх, Гг - сопротивление первого и второго плеч делителя напряжения; г„ - сопротивление цепи питания делителя напряжения. Используя функцию преобразования идеализированной измерительной цепи (см. параграф 2.2) и выражения (3.1) и (3.5), получим функцию преобразования реальной измерительной цепи в следующем виде: вх + и н + вых "Ь доп ч. (El Ч- eg -f esj- 84 + 6184 - 8363) ,0 о\ + l)(-f l+fel-82-fe3 + e4) + (*e,-E2)(E4-fe,) где E - ЭДС источника питания измерительной цепи; - входное сопротивление моста или делителя напряжения; - сопротивление цепи питания; г„ - сопротивление нагрузки; вых - выходное сопротивление моста или делителя напряжения; Гррп - дополнительные сопротивления, включенные последовательно с сопротивлением нагрузки (сопротивления жил кабеля); k - коэффициент симметрии измерительной цепи; е, е,, 63 и 64 - относительные изменения сопротивлений плеч измерительной цепи; [/(,ых - выходное напряжение реальной измерительной цепи. Функция преобразования измерительной цепи датчика (3.8) учитывает влияние всех элементов, входящих в измерительную цепь, и позволяет найти влияние того или иного параметра на величину выходного сигнала. При относительных изменениях сопротивлений плеч измерительной цепи, значительно меньших единицы, что выполняется в тензорезисторных датчиках, функция преобразования приобретает следующий вид: и = Е " " У /-Bx-f-.i /-н +/"вых-f/-доп Х(т)2(е1+6.2 + 63 + 84); (3.9) t/вых. л = (ё! + е., + Eg + 64), 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 |