3. Нелинейность характеристики реостатного преобразо­вателя, включенного в качестве делителя напряжения

В качестве регистраторов в измерительных системах потенциометрический датчик-регистратор, как правило, используются аналого-цифровые преобразователи, специальные автоматические электронные регистраторы и светолучевые осциллографы.

Входное сопротивление электронной аппаратуры может на­ходиться в пределах от нескольких десятков до сотен тысяч Ом; вибраторы светолучевых осциллографов обладают сопротивлениями от 2 до 100 Ом (шлейфовые) и от 10 до 170 Ом (рамочные).

Рассмотрим, как изменяется нелинейность характеристики системы реостатный преобразователь - нагрузка, собранной подобно той, что приведена на рис 2,б. Для определения тока в ветви в-в (рис.3) всю остальную, сколь угодно сложную часть схемы можно заменить эквивалентным генератором ЭДС с внутрен­ним сопротивлением . Разомкнув цепь в точках а-в, находим напряжение холостого хода , т.е.

.

Величина тока в нагрузке может быть представлена как

,

где - входное сопротивление цепи (рис.3) по отношению к зажимам("а","в") при закороченном источнике ЭДС,

, т. к. .

Тогда

.

Обозначив через и через подс­тавив новые значения и в выражение для , получим

.

Тогда выходное напряжение будет равно

.

Обозначим через , а через , получим

. (5)

Заметим, что при , т.е. при формула (5) при­обретает вид формулы (2).

Возможны следующие пути устранения нелинейности характе­ристики применительно к рассматриваемому случаю:

1. применение чувствительного элемента или передаточного механизма потенциометрического датчика с нелинейной характеристикой;

2. применение нелинейного реостатного преобразователя в датчика;

3. включение эмиттерного повторителя между датчиком и регистратором для увеличения ;

4. использование схемы подсоединения реостатного преоб­разователя содержащей к нагрузке (рис.1,в).

Первые два метода требуют специального проектирования потенциометрических датчиков, которые приводят как к увеличе­нию стоимости, так и к ограничению области применения датчиков. Третий метод усложняет и увеличивает стоимость измерительной системы. Наиболее простым является 4-й способ.

Применение изменяет форму кривой так, что она располагается по обе стороны от линейной характе­ристики, проведенной через две крайние точки характеристики. Кроме того, сами отклонения исследуемой кривой от линейной характеристики заметно уменьшается. Недостатком этого метода, как уже указывалось, является уменьшение величины выходного сигнала датчика.

Как известно, нелинейность характеристики любого прео­бразователя оценивается максимальным отклонением действитель­ной характеристики от линейной, проведенной через первую и последнюю точки характеристики, в процентах по отношению к максимальному значению .

Нелинейность для каждой точки экспериментально определен­ной градуировочной характеристики подсчитывается по формуле

% (7)

где - относительное значение сопротивления ( ) или на­пряжения ( ), в %, полученное при замере теку­щей i-ой точки;

- относительное сопротивление или напряжения, полученное расчетом для линейной характеристики.

(8)

или

, (9)

где ; - значения относительных сопротивлений (или напряжений) в %, измеренные соответственно для и ;

- число градуировочных точек, включающее и точку, соот­ветствующую ;

- номер точки градуировочной характеристики, для которой подсчитывается ( для точки градуировки при ).

Рис. 4. Графики зависимостей нелинейности от и

Графики на рис.3 и 4 представляют собой зависимость ( ; ; ). Как видно из этих кривых =0 для =0 и =1 при любых значениях и , а также для всех значений при =0.

Введение дополнительного сопротивления приводит одновременно к уменьшению и к уменьшению выходного сигнала в каж­дой точке характеристики, последнее может быть оценено коэффи­циентом

, (10)

Этот коэффициент уменьшается с увеличением значений и . Когда >> , величина целиком определяется произве­дением (см. формулу 10} и . При >> величина определяется 1+ , т.e.

.

Заметим, что с уменьшением (по отношению к значению =0,5) при =const одновременно увеличиваются как вы­ходной сигнал датчика, так и нелинейность ( %) характеристи­ки. Увеличение (по отношению к значению =0,5) при =const нежелательно, т.к. при этом уменьшается выходной сигнал датчика при одновременном увеличении нелинейности ( %) .

Таким образом, для получения минимальной нелинейности ха­рактеристики реостатного преобразователя, под­ключенного по схеме 1в, следует выбирать =0,5. При этом для существующих практических значений (0,07< <188) коэффициент уменьшения выходного сигнала будет находиться в пределах 0,01 < <0,67.