4. Расчет измерительного преобразователя.

Важным классом устройств, предназначенных для измерения параметров электрических цепей методом сравнения, являются мосты.

Сравнение измеряемой величины с образцовой мерой, которое производится в процессе измерения при помощи моста, может осуществляются вручную или автоматически, на постоянном или на переменном токе. В простейшем случае мостовая схема содержит четыре резистора, соединенных в кольцевой замкнутый контур. Такую схему имеет одинарный мост постоянного тока рис. 5. Резисторы R_(, R₂, R₃. и R₄ этого контура называются плечами моста точки соединения соседних плеч – вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершина, называют диагоналями.

Рисунок №5. Одинарный мост

Одна из диагоналей 3-4 содержит источник питания GB, а другая 1-2 указатель равновесия PG. В случае моста переменного тока его плечи могут включать в себя не только резисторы, но также конденсаторы и катушки индуктивности, то есть сопротивления могут иметь комплексный характер.

Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, то есть напряжение на диагонали, содержащей индикатор нуля, отсутствует и ток через индикатор равен нулю. Соотношение между сопротивлениями плеч, при котором мост уравновешен, называется условием равновесия моста. Представленный на рисунке 6 мост является неравновесным электрическим мостом.

Идея построения неравновесных мостовых цепей состоит в исходной компенсации начального значения выходного сигнала, чтоб при х=0 он был равен нулю. Одинарные мосты постоянного тока, широко применяются для измерения сопротивлений (разности сопротивлений) средних размеров (от 1 до 10 Ом). Встречаются также одинарные мосты, диапазон измерений которых расширен либо в сторону меньших (10⁴ Ом), либо в сторону больших (до 10¹ Ом) значений сопротивления.

Рисунок №6. Неравновесный электрический мост

Если известны значения всех четырёх сопротивлений, а также напряжение (Е), то напряжение на плечах моста можно найти, используя формулы делителя напряжения, а затем вычесть их друг из друга, чтобы найти U_H:

,

Так как R₃=R₄, То мы можем записать:

,

Измерительный мост показывает пример так называемых дифференциальных измерений, которые могут обладать очень высокой точностью. Варианты измерительного моста могут использоваться также для измерения электрической ёмкости, индуктивности.

При измерении расхода известно, что R₁=120,658 Ом, а R₂ изменяется от 120,778 Ом до 124,918 Ом.

E=24 В. Определяем значение выходного напряжения неравновесного моста при :

.

5. Расчет нормирующего преобразователя 0-5 мА

Из числа применяемых средств измерений для автоматизации современных промышленных установок особое место занимают измерительные устройства (первичные и другие приборы). Эти средства измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для дистанционной передачи, дальнейшего преобразования и обработки, выполняются на базе унифицированных элементов, узлов, блоков и приборов.

Одним из важных признаков современных измерительных преобразователей, первичных и других приборов ГСП по сравнению с подобными средствами измерений прежних разработок является унификация их выходных сигналов. Это в свою очередь позволяет унифицировать входные сигналы вторичных и регулирующих приборов.

Унификация выходных и входных сигналов обеспечивает взаимозаменяемость передающих преобразователей, измерительных устройств, вторичных приборов и других устройств автоматизации и возможность резкого сокращения номенклатуры (разнообразия) вторичных приборов.

Унификация выходных и входных сигналов средств измерений и их элементов, узлов и блоков существенно повышает надежность действия дистанционной передачи, устройств защиты и обработки измерительной информации, а также открывает широкие перспективы применения средств вычислительной техники.

Нормирующие измерительные преобразователи предназначены для преобразования выходного сигнала первичных преобразователей, измерительных преобразователей в унифицированный сигнал постоянного тока.

В аналоговых электронных цепях в настоящее время широко применяются операционные усилители в интегральном исполнении. Операционными усилителями при этом называют усилители постоянного тока, имеющие коэффициент усиления порядка нескольких тысяч или десятков тысяч, с согласованными уровнями постоянного напряжения на их входах и выходах.

П риведем основные зависимости для выбранной схемы:

При этом должны выполняться следующие условия:

Рисунок №7. Схема нормирующего преобразователя

На рисунке 7 ниже приведена схема нормирующего преобразователя напряжение-ток.

При U_н=0.208 В, I_вых=5мА. Тогда:

Возьмем тогда из этого соотношения =100Ом, =(4,16Ом)=4,3Ом, R3=10 Ом.

Из условия 8найдем остальные резисторы.

Ом) = 5,6 Ом

=100 Ом