ЭиС лек10. Тема 10. Источники сигналов
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
3 Типовые способы ввода сигнала Там, где используются высокие мощности, например в коммутирующем оборудовании, электродвигателях, трансформаторах, что характерно для технологического оборудования механической обработки, необходимо осуществлять гальваническую развязку измерительных цепей датчиков от силовых цепей. Простейшим разделяющим элементом, обеспечивающим такую гальваническую развязку, можно считать электромагнитное реле. Наиболее современным решением задачи гальванической развязки является реализация этой развязки на паре светодиод – фототранзистор. Такого рода сочетание называется трансоптором, или оптроном. Чтобы датчики можно было практически использовать для подключения к системам автоматизации производственных процессов, в машиностроении используются три измерительные схемы: мостовая, дифференциальная и компенсационная. Мостовая измерительная схема. Мостовая измерительная схема, существующая в двух разновидностях (балансной и небалансной) изображена на рис. 10.17. На рис. 10.17 в противоположных участках цепей измерительной схемы, называемых плечами моста, размещаются эталонные сопротивления R 1 R 2 R 3 , а также измеряемое сопротивление R x . Для равновесия моста необходимо, чтобы произведения величин сопротивлений, установленных в противоположных плечах измерительного моста, были равны между собой. При соблюдении условий равновесия измерительного моста напряжение на его выходной диагонали будет отсутствовать, т.е. R вых = 0. При изменении измеряемого сопротивления Rx условия равновесия измерительного моста будут нарушаться и на этой диагонали появится соответствующий электрический сигнал. 34 Рис. 10.17. Мостовая измерительная схема Повышения точности отсчета можно добиться, изменяя сопротивления R1 и R3, находящиеся в соседних плечах измерительного моста, таким образом, чтобы несмотря на изменения измеряемого сопротивления Rx свести к нулю изменения выходного напряжения. Факт равенства нулю выходного напряжения фиксируется с помощью установленного в выходной диагонали измерительного моста прибора или устройства, называемого нуль- индикатором. Использование нуль-индикатора позволяет с большей точностью «ловить» момент равенства нулю выходного напряжения. Дифференциальная измерительная схема. Для измерения емкостного сопротивления обычно используется дифференциальная схема. Такая схема также существует в двух вариантах. По первому варианту дифференциальной схемы, изображенному на рис. 10.18, а, как эталонное сопротивление 4, так и измеряемое емкостное сопротивление 1 включаются в электрические контуры, симметрично запитываемые переменным напряжением от трансформатора 2. При равенстве эталонного 4 и измеряемого 7 емкостного сопротивлений противоположно направленные токи в этих контурах (I2 и I2), будут равными по величине, так что результирующий ток через измерительный прибор 3 оказывается равным нулю, поскольку этот ток представляет собой разность токов I1 и I2. При изменении величины измеряемого емкостного сопротивления показания измерительного прибора 3 будут отличаться от нуля и однозначно изображать эти изменения емкостного сопротивления. Такая схема называется дифференциальной именно потому, что она основана на вычитании токов I1 и I2. а – с измерением разницы токов через измеряемое и эталонное сопротивления; б – с изменением ЭДС во вторичной обмотке; 1 – измеряемое сопротивление; 2 – трансформатор; 3 – измерительный прибор (для схемы а) или нуль-индикатор (для схемы б); 4 – эталонное сопротивление Рис. 10.110. Дифференциальные схемы измерений сопротивления: Другой вариант измерения изменяющегося емкостного сопротивления с помощью дифференциальной схемы приведен на рис. 10.19, б. Здесь также происходит вычитание токов I1 и I2, но изменение измеряемого емкостного сопротивления 1 компенсируется изменением напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора 2, так что ток через измерительный прибор 3 остается равным нулю. Величина ΔЕ, на которую нужно изменить исходное напряжение Е, однозначно определяет величину изменения измеряемого емкостного сопротивления. Приравнивание к нулю тока через измерительный прибор позволяет использовать его как нуль-индикатор, что повышает точность измерений. Для этой цели и применяется такой вариант дифференциальной схемы. Компенсационная измерительная схема. Для использования сигнала от генераторных датчиков применяется компенсационная измерительная схема. Как правило компенсационные схемы используют для измерения неэлектрических величин, которые преобразуются датчиками в ЭДС или напряжение. Сигнал датчика сравнивается с компенсирующим напряжением, вырабатываемым потенциометром. Подбор компенсирующего напряжения выполняется вручную или автоматически. Ток через прибор К пр д К x пр R R R U U I + + - = где Rд - сопротивление датчика; Rпр - сопротивление прибора. Если компенсация произошла, то ток через прибор равен нулю: Iпр= 0. Значит, прибор в данном случае нужен не для измерения тока, а для определения его нулевого значения. Поэтому такой прибор называют нуль- индикатором (НИ). О значении измеряемого напряжения можно судить по перемещению движка, т.е. движок можно соединить со стрелкой, а вдоль резистора R расположить шкалу, проградуировав ее в единицах напряжения или сразу в единицах той неэлектрической величины, которая преобразуется датчиком в ЭДС Ех или в напряжение Ux. 36 Рис. 10.19 Компенсационная измерительная схема с ручным уравновешиванием Отметим также, что при компенсационном методе измерения Ех = Ux. Действительно, Ux=Ex-IпрRд, но в момент компенсации Iпр = 0. Точность измерения при компенсационном методе зависит от стабильности поддержания тока I в цепи питания резистора R. Ведь именно от силы этого тока зависит значение компенсирующего напряжения U K . Если ЭДС источника питания Е уменьшилась (из-за разряда аккумулятора или батарейки), то уменьшится и ток I. Для компенсации придется на большее расстояние х переместить движок резистора R, и стрелка укажет на иное, ошибочное значение измеряемой величины. То есть суть работы компенсационной схемы состоит в том, что подбирается значение ЭДС источника, равное ЭДС, генерируемой датчиком. Факт равенства подбираемой и генерируемой датчиком ЭДС определяется по отсутствию тока в соответствующем контуре. Факт же отсутствия тока в контуре определяется по показаниям прибора, являющегося нуль-индикатором. Этим обусловливается высокая чувствительность компенсационной схемы с нуль-индикатором. Контрольные вопросы 1. Что такое измерительные преобразователи? 2. Каковы характерные особенности генераторных и параметрических датчиков? 3. Дайте определение чувствительности и разрешающей способности преобразователя. 4. Что называется воспроизводимостью измерения? 5. Объясните, что такое прецизионность и точность (погрешность) измерения? 6. Что такое ошибки применения? 7. Что называют шумами применительно к датчикам? 10. Что называется тарировочной кривой датчика? 9. Что такое статическая и динамическая характеристики датчика? 10. Что такое гистерезис датчика? 11. Что представляют собой ударное, ступенчатое, линейное и гармоническое входные воздействия? 12. Перечислите основные показатели качества переходного процесса датчика. 13. Каковы основные примеры применения электроконтактных датчиков в машиностроении? 14. Объясните работу фотореле. 15. Каково устройство реостатного датчика? 16. Что такое прямой и обратный термоэффекты? 17. Что такое термометр сопротивления? 110. Какие существуют способы повышения чувствительности пьезодатчиков? 19. Дайте определение когерентному излучению. 20. Как работают электромагнитные преобразователи тока и напряжения? 21. Что называется датчиком циклического и датчиком абсолютного отсчета? 22. Для чего применяются устройства цифровой индикации? 23. Для чего нужна гальваническая развязка и как она реализуется? 24. Что такое балансная и небалансная мостовые измерительные схемы? 25. Что такое дифференциальная измерительная схема и каковы ее разновидности? 26. Что такое компенсационная измерительная схема и как она работает? |