Схемы включения резистивных преобразователей

Рис. 10.1 Резистивный преобразователь

Резистивных преобразователь (РП) – это прецизионный реостат, движок которого перемещается под действием измерительной величины. Входной величиной преобразователя является угловое или линейное перемещение движка, а выходной – изменение его сопротивления. Простейший реостат представляет собой каркас, изготовленный из изоляционного материала, с нанесенным токопроводящим покрытием или намотанной тонкой проволокой, с высоким удельным сопротивлением, по которому (ой) перемещается токосъемный движок.

В измерительной технике используют реостатные преобразователи как с линейной, так и с нелинейной функцией преобразователя (рис. 10.2). Для нелинейной функции преобразователя каркасы с переменной высотой.

Рис. 10.2 Функция преобразования

Для упрощения изготовления каркаса используют кусочно-линейную аппроксимацию заданной нелинейной функции преобразователя. Для каждого интервала перемещения движка х, на котором аппроксимирующая функция линейна, высота каркаса постоянна. Каркас преобразователя получается ступенчатым, Число ступеней равно числу интервалов в кусочно-линейной аппроксимации.

Рис. 10.3 Делитель тока

Простейшая схема с последовательным включением (делитель тока) резистивного первичного преобразователя , источником питания Е и указателем УК с внутренним сопротивлением показана на
рис. 10.3.

При изменении сопротивления изменяется величина тока I в цепи и, следовательно, угол поворота стрелки указателя. – служит для ограничения тока в цепи при .

Достоинство: – простота реализации схемы.

Недостатки:

– зависимость показаний от нестабильности напряжения источника питания Е.

– вследствие изменения тока в цепи изменяется и степень нагрева элементов схемы и сопротивление, что приводит к погрешности.

– невозможность установки на 0.

Рис. 10.4 Делитель напряжения

Возможно включение резистивного преобразователя в схему параллельно источнику питания (рис. 10.4). Тогда напряжение питания от источника U подается на кротчайшие выводы резистивного ПИП. Выходное напряжение U _вых подается на нагрузку R _н с движка потенциометра с сопротивлением R и с одного из крайних выводов. Если сопротивление R _н>> R, то током в R _н можно пренебречь и преобразователь работает в режиме холостого хода. Если резистивный перобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования, то напряжение U _вых пропорционально перемещению движка R.

Рис. 10.5 Схема активного двухполюсника

Если R _н соизмеримо с сопротивлением преобразователя R, то исследуемую цепь можно представить в качестве активного 2-х полюсника (рис. 10.5), имеющего внутреннее сопротивление R _i и напряжение U _xx.

Тогда зависимость U _вых от для различных коэффициентов в нагрузке показано на рис. 10.6.

При малом значении напряжение U _вых изменяется пропорционально . С увеличением коэффициента нагрузки появляется нелинейность U _вых, причем чем больше , тем больше нелинейность.

Рис. 10.6 Зависимость U вых от β;

Достоинства потенциометрических схем:

+ исключается температурная погрешность от разогрева элементов схемы;

+ в режиме холостого хода изменение внешней температуры не меняет распределение напряжений и, соответственно, погрешность отсутствует.

Недостатки:

- нелинейность характеристики выходного сигнала при R _н соизмеримой с R.

- зависимость показаний от напряжения питания.

- наличие выходного сигнала при отсутствии входного.

Мостовая схема включения РП. Устройством, предназначенным для измерения параметров электрических цепей (R,C,L) методом сравнения, является измерительный мост.

Сравнение измеряемой величины с образцовой мерой может осуществляться на постоянном и переменном токе. Мост переменного тока может включать в себя не только резисторы R, но и конденсаторы С и индуктивности L, т.е. сопротивление может иметь комплексный характер.

Рис. 10.7. Мостовая схема включения РП.

Мостовая схема включения содержит 4 резистора (R ₁, R ₂, R ₃, R ₄,), называемыми плечами моста, которые соединяется в кольцевой замкнутый контур.

Точки соединения плеч моста (точки 1, 2, 3, 4) называются вершинами. Цепи, соединяющие противоположные вершины моста (вершины 1-2 и 3-4) называются диагоналями. Т.е. в первую диагональ 3-4 подключен источник питания, во вторую 1-2 – измерительный прибор.

В случае, когда ток в диагонали измерительного прибора равен нулю и такой мост называется уравновешенным.

В большинстве мост симметричный. Различают 2 вида симметрии:

R _х =R ₂и R ₃ =R ₄

R _х =R ₃и R ₂ =R ₄.

Резистивные преобразователи могут включаться как в один, два и четыре плеча. Если сопротивление нагрузки велико (режим холостого хода) то выходное напряжение моста равно:

где U _пит= Е — напряжение питания.

Чаще всего применяют равноплечие мосты R ₁= R ₂= R ₃= R ₄.

Мостовая схема является дифференциальной схемой. Следовательно, в ней компенсируется аддитивная погрешность. С применением этой цепи возможно построение прибора по дифференциальной схеме 1 и 2-го типов.

Чувствительность дифференциальной схемы 2-го типа в 2 раза выше чувствительности дифференциальной схемы 1 типа.

Когда сопротивление нагрузки R _н неравно бесконечности – выходное напряжение и чувствительность меньше расчетных значений.

При неравенстве сопротивлений плеч моста применяется дополнительный регулировочный резистор.

Достоинства:

+ возможность включения 2-х и более резистивных преобразователей – получить высокую чувствительность;

+ компенсируются аддитивные погрешности.

Недостатки:

– нелинейность при сопротивлении нагрузки R _н соизмеримой с сопротивлениями плеч моста.

– при нестабильности питания моста возможна мультипликативная погрешность.