|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы
При этом чувствительность датчика будет Т. е. определяется чувствительностями мембраны и упругого элемента. Однако структурная схема датчика прямого преобразования не охватывает всего многообразия датчиков. В последнее время все более внедряются в практику измерений датчики уравновешиваюиего преобразования (рис. 2.4). Отличительной особенностью схемы такого датчика по сравнению со схемой датчика прямого преобразования является то, что в ней имеются цепи прямого и обратного преобразования. Цепь обратного преобразования включает в себя обратный преобразователь с чувствительностью § и может в общем случае состоять из нескольких измерительных преобразователей и охватывать какое угодно число преобразователей, стоящих в цепи прямого преобразования. Эта цепь обеспечивает преобразование выходной величины цепи прямого преобразования в однородную с входной величиной (чаще всего электрической величины в неэлектрическую). Функция преобразования участка цепи с обратной связью [1131 где Sy = So/(l + SoP) - чувствительность цепи уравновешивающего преобразования; Sj, = 5г5з ... S.S;-чувствительность цепи прямого преобразования, охваченной цепью обратного преобразования; р - чувствительность цепи обратного преобразования. Тогда функция преобразования датчика с уравновешивающим преобразованием - Л - ССуЛ , (2.8) где = 5iSf+i ... S„ iS„ - чувствительность цепи прямого преобразования, не охваченной цепью обратного преобразования. Введение обратного преобразователя в структурную схему датчика качественно изменяет его функцию преобразования, а следовательно, и выходные характеристики. В данном случае происходит своего рода трансформация чувствительности в точность. Действительно, как следует из сравне-
Рис. 2.5. Структурная схема датчика с параллельным соединением измерительных преобразователей НИЯ чувствительностей, чувствительность уравновешивающего преобразования в (1 + SoP) раз меньше, чем чувствительность прямого преобразования, а погрешность цепи уравновешивающего преобразования [113] -fYo{l - а). где Y - погрешность цепи прямого преобразования; уа - погрешность цепи обратного преобразования; а = 1/(1 + SoP) - относительная недокомпенсация. Таким образом, введение обратного преобразователя в структурную схему датчика дает уменьшение погрешности цепи прямого преобразования. При 5оР > 1 погрешность цепи уравновешивающего преобразования определяется только погрешностью цепи обратного преобразования, поэтому цепь Р должна быть очень стабильной. В этом специфика рассматриваемой структурной схемы. Практически при построении датчиковой аппаратуры приходится сталкиваться еще с одной разновидностью структурной схемы - с параллельным соединением измерительных преобразователей (рис. 2.5), в которых преобразование измеряемой величины происходит в прямом направлении. Например, подавляющее большинство тензорезисторных датчиков выполняют так, чтобы использовать четыре рабочих тензорезистора. Это позволяет увеличить выходной сигнал датчика. В таком случае четыре одинаковых измерительных преобразователя - тензорезистора - имеют одну и ту же входную величину - деформацию упругого элемента. Тензорезисторы, включенные в мостовую измерительную цепь, имеют выходные сигналы, характеризуемые относительным изменением сопротивления. Эти сигналы суммируются измерительной цепью и преобразуются в величину выходного напряжения. Такое преобразование применяют и в других типах датчиков. Функция преобразования датчика, выполненного в соответствии с этой схемой, имеет вид F = SiS, ... 5,-1(51 + 51 + + 5;)5,+1 . . . 5„ i5„X (2.9) 2 п/р Е. п. Осадчего 5 где = S1S12 ... 5,- iSi+i ... 5„ iS„ - чувствительность цепи прямого последовательного преобразования; S„p = St + Sj + + Sj - чувствительность прямого параллельного преобразования. Как следует из (2.9), чувствительность прямого параллельного преобразования равна сумме чувствительностей преобразователей, включенных параллельно. Представленные три типа структурных схем датчиков позволяют на основе ограниченного числа измерительных преобразователей описать все многообразие датчиковой аппаратуры, построенной в соответствии с той или иной структурной схемой. Синтезируя измерительные преобразователи по схемам рис. 2.3, 2.4 или 2.5, можно получить функцию преобразования любого датчика и по известным характеристикам измерительных преобразователей определить характеристики датчика в соответствии с его функцией преобразования. 2.2. ФУНКЦИИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ ДАТЧИКОВ в параметрических датчиках для измерения неэлектрических величин наибольшее распространение получили две разновидности электрических цепей: цепь делителя напряжения и мостовая цепь, причем под воздействием измеряемой величины изменяется либо одно сопротивление плеча делителя напряжения или мостовой цепи, либо два, либо все четыре (для мостовой цепи). В общем случае сопротивления плеч цепи могут быть как активными, так и реактивными. * По числу изменяющихся под действием измеряемой величины сопротивлений будем подразделять измерительные цепи на цепи с одним рабочим плечом, с двумя рабочими плечами и с четырьмя рабочими плечами. Эти цепи относятся к цепям прямого преобразования, теория которых разработана в работе [131 ]. В соответствии с этой теорией измерительная цепь рассматривается как измерительный преобразователь, характеризуемый функцией преобразования. Для определения функции преобразования измерительной цепи необходимо четко сформулировать, что является для этой цепи входной и что выходной величинами. Выходной величиной измерительной цепи является мощность электрического сигнала, поскольку только в таком случае решается вопрос оптимального энергообмена между отдельными измерительными преобразователями. Это позволяет оптимизировать соотношение мощностей полезного сигнала Рс и помехи Рщ» 34 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 |