Питание моста
Обычно в составе устройств согласования сигналов тензометрической схемы есть источники постоянного напряжения для питания моста. Поскольку нет промышленных стандартов на уровень напряжения питания, наиболее общепринятыми являются уровни около 3 В и 10 В. При более высоком напряжении питания формируется прямо пропорциональное ему более высокое выходное напряжение, которое, в, то же время, может стать причиной более существенных погрешностей из-за саморазогрева. Напряжение питания обязательно должно быть стабильным точно известным. В качестве альтернативы вы можете использовать менее точный и стабильный источник питания и при этом точно измерять его напряжение, а затем получать корректное значение деформации путем вычислений.
Дистанционное измерение напряжения питания моста
Если измерительная схема с тензодатчиком находится на удалении от устройства согласования и источника питания, возможным источником погрешности являются потери напряжения, обусловленные сопротивлением проводников, которые соединяют источник питания с мостом. В связи с этим в некоторых устройствах согласования предусматривается режим дистанционного измерения напряжения питания моста «Remote Sensing», который служит для компенсации этой погрешности.
Есть два традиционных метода дистанционного измерения напряжения питания моста. Первый из них связан с введением обратной связи и заключается в том, что в точку присоединения проводников от источника питания к мосту включаются дополнительные проводники, которые служат для регулировки напряжения источника питания, компенсирующей потери в проводниках, и подачи необходимого напряжения на мост.
Другой способ заключается в использовании отдельного канала для прямого измерения напряжения питания, приложенного к диагонали моста. Поскольку через этот канал течет очень маленький ток, сопротивление проводников почти не влияет на результат измерений. Для компенсации потерь результат измерения напряжения питания используется в процессе вычисления деформации по измеренному напряжению на выходе моста.
Усиление
Тензодатчики и тензомосты выдают относительно малые напряжения. На практике на выходе большинства тензометрических мостов и преобразователей формируется напряжение менее 10 мкВ/В (10 мкВ на 1 В напряжения питания). Напряжению питания 10 В соответствует выходной сигнал 100 мкВ. В связи с этим в устройствах согласования сигналов с тензодатчиков используются, как правило, усилители, с помощью которых увеличивается разрешающая способность и улучшается отношение сигнал/помеха. Например, у модулей согласования SCXI есть усилители с программируемым коэффициентом усиления, который принимает значения до 2000.
Балансировка моста, коррекция смещения
После монтажа моста, очень маловероятно, что при отсутствии деформации его выходное напряжение было точно равно нулю. Скорее всего, на выходе моста будет иметь место некоторое ненулевое начальное смещение из-за небольшого разброса сопротивлений плеч и сопротивлений проводников. Есть несколько способов коррекции этого смещения.
Программная коррекция
В случае программной коррекции измерение начального напряжения смещения выполняется до того, как появится деформация. Затем это напряжение подставляется в уравнения измерения деформации, приведенные в этой же лекции в разделе Уравнения измерения деформации. Этот метод характеризуется простотой, быстродействием, и не требует никаких ручных регулировок. Недостатком программной коррекции является то, что смещение нуля моста не устраняется. Если это смещение достаточно большое, из-за него ограничивается коэффициент усиления усилителя, который можно задать, и следовательно, уменьшается динамический диапазон измерений.
Схема компенсации нуля
Второй способ балансировки моста заключается в использовании переменного резистора, или потенциометра, с помощью которого физически устанавливается нулевое напряжение на выходе моста. Например, на рис. 7-21 приведена схема балансировки нуля в коннекторном блоке SCXI-1321. Путем изменения положения регулятора потенциометра (RPOT) вы можете управлять уровнем напряжения на выходе моста, и установить начальный уровень 0 В. Значение сопротивления RNULL определяет диапазон, в котором можно балансировать мост.
Рисунок 7-21. Схема компенсации нуля терминального блока SCXI-1321