42. Измерительные усилители (иу)

Измерительным усилителем называется дифференциальный (усиливающий разность входных напряжений) усилитель с высоким входным сопротивлением и большим коэффициентом ослабления синфазного сигнала, предназначенный для усиления дифференциальных сигналов, поступающих от первичных измерительных преобразователей.

Вых.сигнал ИУ может быть искажен из-за действия помех. Различают помехи общего вида (продольные), действуют между каждым из входов измерительного усилителя и земляной шиной, и помехи нормального вида (поперечные), действуют между входами измерительного усилителя.

Напряжение помехи общего вида U_ов обычно возникает из-за наличия разности потенциалов между точками заземления источника сигнала и ИУ вследствие генерации помех от заземленных силовых установок. Иногда также наличие помехи U_ов обусловлено гальванической или емкостной связью источника сигнала с какой-либо точкой ИУ. Напряжение помехи нормального вида U_НВ возникает главным образом из-за электромагнитных наводок и наличия паразитных термоЭДС. Кроме того, разбаланс сопротивлений входных цепей ИУ (Z_вх1 ≠ Z_вх2) и асимметрия линий связи ИУ с ИС (Z_св1 ≠ Z_св2), которые могут возникнуть за счет изменения температуры, наличия емкостных и индуктивных связей с окружающими предметами, приводят к тому, что помеха общего вида проникает во входную цепь и действует так же, как и помеха нормального вида

Для предотвращения проникновения части помехи U_ов на дифференциальный вход ИУ применяют:

1. введение в одну из линий связи корректирующего контура для согласования полных сопротивлений Z_св1 и Z_св2 на частоте помех;

2. гальваническое разделение ИУ и ИС с помощью разделительного трансформатора (для сигналов переменного тока) или с помощью конденсатора, поочередно коммутируемого к выходу ИС и ко входу ИУ (для сигналов постоянного тока).

Рис. 6.2. Эквивалентная схема влияния помехи общего вида

Для подавления напряжения помехи U_НВ, приложенной последовательно с полезным сигналом, могут предприниматься следующие меры:

1. экранирование линий связи;

2. частотная фильтрация полезного сигнала (в случае, если полезный сигнал и помеха имеют различные частоты);

3. фазочувствительное выпрямление полезного сигнала (в случае, если полезный сигнал и помеха – одной частоты).

Измерительный усилитель должен обладать большим коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС) для усиления даже малого дифференциального сигнала при одновременном подавлении помехи общего вида. КОСС измерительного усилителя как функционального блока определяется аналогично КОСС операционного усилителя

,

где  – коэффициент усиления дифференциального сигнала;  – коэффициент усиления синфазного сигнала.

Рис. 6.3. Определение КОСС измерительного усилителя: U_ИС – полезный сигнал; U_НВ – помеха нормального вида; U_ОВ – помеха общего вида

В зависимости от типа датчика требуемый КОСС_ИУ должен составлять 40…120 дБ (10²…10⁶ раз). Например, для таких применений, как усиление сигналов тензодатчиков и термопар, необходим КОСС_ИУ порядка 100…120 дБ.