Михайлов_Автоматика и автоматизация измерений

22 Мостовые измерительные схемы

Две идентичные схемы, преобразовать практически не возможно, только при помощи преобразовать звезду.

Такая измерительная схема наз. измерительный мост. Эта схема имеет 4-ри вершины (а,в, с, d), 4-ри стороны (плеча) моста и две диагонали ав и сd, одна из диагоналей ав наз. измерительной а сd – диагональ питания.

В зависимости от характера проводимости плеч моста, они бывают активными и комплексные, мосты различают на мосты постоянного и переменного токов. В зависимости от числа плеч, они бывают 4-х и 6- ти плечии, их наз.одинарные и двойные.

Схема моста предполагает определение тока в измерительной диагонали ав его наз I0 – ток в измерительной диагонали. В

зависимости от способа измерения этого тока и его величины, мосты бывают – уравновешенные(I0 =0) и неуравновешенные(I0 ≠0) Определение I0 в электротехнике решают методом эквивалентного

генератора I0= (Ucd\R0(z0))*f(R1,R2,R3,R4)

Если записать эту функцию, то она выглядит так

I0= U* RR-RR\(R0(R1+R2)(z3+z4)+z1z2(z3+z4)+z3z4(z1+z2))

Анализ этого выражения определяющее I0 заключается в следущем, условием равенств нули тока I0=0 будет равенство нулю числителя этой дроби. Такой мост наз. уравновешенным и условием этого равновесия мостовой схемы (произведение противоположных плеч моста ровны).

В общем виде можно записать z1z4=z2z3,это можно записать так, т.к. z=k±jx.

Принцип использования мостовой схемы с целью измерения заключается в следущем, если в одно из плеч моста включено сопротивление датчика

R1R4=RxR2 Rx=(R1\R2)*R4

При изменении сопротивления Rx будет меняться величина I0. для установления нулевого значения этого тока при происшедшим изменении Rxнеобходимо, R4 – делают переменным для того чтобы изменяя R4 вновь достигнуть условие равновесия. Обычно R4 делают со шкалами. Обычно плечи R1,R2 и R4 выполняют в виде магазинов сопротивления с очень высоким классом точности.

Алгоритм провидения измерительной операции следующий:

1- при изменении сопротивления датчика (ЧЭ) происходит изменение тока в измерительной диагонали моста, в которой создает падение напряжения сопротивления R0 , поэтому ее можно регистрировать как амперметром так и вольтметром. Для определения степени изменения R1 необходимо мост вернуть в состояние равновесия.

2- Изменяя R4 добиваются нулевых показаний А или V включенных в измерительную диагональ,а отсчет показаний R4 дает велечену изменения Rx

В зависимости от того какой параметр измеряется и приводит к изменению Rx школу сопротивления R4 можно проградуировать в значениях измеряемой величины, т.к. мостовая измерительная схема может измерить изменение Rx от 0,001 до 106 Ом. Существенное влияние на процесс измерения может оказывать сопротивление подводящих проводников (Rпр).для устранения влияния этого эффекта используется схема соедин. Сопротивления Rx с мостовой измерительной схемой не с 2-мя проводами, а с помощью 3-х проводов. При этом сопротивление проводников будет включенов разные плечи моста, тем самым будет скомпенсировано влияние проводящих проводов.

Измерительный мост с активными сопротивлениями может использоваться для измерений лишь резистивных сопротивлений. Однако существуют датчики и индуктивные и емкостные, где питания моста требуется осущ-ть переменным током, такие мосты наз. мосты переменноготока

23 Мосты переменного тока

Измерительный мост с активными сопротивлениями R могут использоваться для измерений лишь резистивных сопротивлений. Существуют датчики индуктивные, емкостные, где питание моста требуется осуществлять переменным токам. Такие мосты наз. мосты

переменного тока (м.п.т.).

Условия равновесия м.п.т.: z1z4=z2z3 z = R±jx=zejφ

z х

R

В связи с тем, что комплексное число представляет из себя сочетание 2-х величин (z – модуль, φ – аргумент), поэтому и условия равновесия м.п.т. будет 2-ва:

1.z1z4=z2z3

2.φ1+φ4 = φ2+φ3 z1z4=z2zх

φ1+φ4 = φ2-φх - мост в таком виде в равновесии находиться не

может.

Что бы обеспечить равновесие нужно в смежное с измерительным плечом включить элемент имеющий тот же знак φ:

φ1-φ4 = φ2-φх – значит, что в плечо φ4 необходимо включить единичное комплексное сопротивление R4 и С4.

С некоторым приближением условия равновесия получившегося моста можно записать: R1C4=CxR2 Cx=(R1/R2)·C4

Вместо С4 используют магазин емкостей, а вместо R1/R2 – магазин сопротивлений их наз. образцовые элементы. Шкалы этих элементов могут быть проградуированы в размерах измеряемой величины.

Одной из разновидностей м.п.т. является трансформаторный измерительный мост.

1 уравновешенный мост

2 Неуравновешенный мост – при изменении сопротивления Rх (сопротивление датчика) появляется ток I0 в измерительной диагонали. Величина I0 пропорционально степени изменения Rх, а шкалу амперметра можно проградуировать в значениях измерительной величины

24 Компенсационные измерительные схемы.

Измерения с помощью потенциометрии основано на уравновешивании (компенсации) измеряемого напряжения (ЭДС) известным падением напряжения на калибровочном сопротивлении от эталонного источника. Такие схемы наз. компенсационными.

Un=Ip*Rn

Rn – образцовый резистор; Rк – компенсационное сопротивление; R1

– реостат; Ен.э.—ЭДС нормального элемента; Uх – измеряемая величина напряжения, создоваемого Iр (рабочим токам) на Rк.

Измеряемая схема состоит из 3-х контуров. Нижний контур предназначен для установления рабочего тока в обоих верхних контурах.

Методика измерения:

1.с помощью резистора R1 устанавливается значение тока в соответствии с показаниями индикаторов прибора Iп=0. Переключатель рода работ П в положении l. Это означает, что установлен ток.

Н.э. – высокостабильный ртутный гермитизированный элемент создающий бесконечно долго постоянную ЭДС.

2.переключатель П в положение ll (на 2-ой верхний контур). К измерительной схеме подключается измеряемое напряжение Uх. Вращение потенциометра Rк добиваются вновь отсутствием тока в индикаторе. Это означает, что Uк=Ip*Rк и Un=Ip*Rn станут равны.

Значение шкалы потенциометра Rк градуируют в значении измеряемого напряжения Uх. Подобные эл-ие схемы, работающие на принципе компенсации позволяют измерить напряжение до мкВ (Uх~10- 6) с классом точности до 0,01.

25 Автоматический мост

Автоматический мост состоит из 4-х плечего измерительного моста в измерительную диагональ, которого включен электронный усилитель разболанса. Для установления мостовой измерительной схемы в равновесие служит особое сопротивление включенное в оба плеча моста наз. реохорд. Длина этого сопротивления имеет длину шкалы прибора. Подвижный контакт реохорда перемещается по виткам этого сопротивления изготовленного из нихромовой проволоки, закрепленный указатель двигается по шкале.

В измерительное плечо моста включен чувствительный элемент (ПИП) практически любого резистивного типа. Но на каждом таком приборе отличается с какими ПИПами он может работать. Прибор имеет несколько точек, к которым может подключаться до 10-ка различных преобразователей. А подключение к ним происходит поочередно, автоматически. В случае разбалансировки моста на выходе усилителя ЭУР появляется сигнал, в результате чего начинает вращаться синхронный двигатель (СД - двигатель вращается с постоянной частотой). Вал этого двигателя соединен с движком реохорда и вращение происходит до тех пор пока не установится равновесие схемы (двигатель остановиться в точки соответствующей новому равновесию моста).

Отклонение от равновесия пропорционально изменению сопротивления Rt1, то сопротивление которое помещается в исследуемый образец.

Шкала такого прибора может градуироваться в значениях измеряемого параметра окружающей среды (t,v,p). Подключение ПИП может осуществляться как по 2-х, так и по 3-х проводной схеме.

Метрологические характеристики: погрешность измерения ±50, класс точности 0,5.

26. Автоматический электронный потенциометр.

Д – любые чувств. элементы, генерирующие ЭДС.

ВУ – входные устройства – устр. подключения датчиков к предварит. усилителю (ПУ)

ОУ -

УР – усилитель реахорда (Rр) – сопротивление со шкалой

УН – усилитель небаланса, на выходе которого наход. синхронный двигатель(М) и в случае появления сигнала двиг. вращается до тех пор, пока сигналы с ОУ и УР не сравняются.

Назначение ПУ и ОУ – переведение сигналов датчиков к унифиуирован. сигналам. Положение движка реахорда сооьв. величине ЭДС с датчика. Т.к ЭДС – это ф-ция измеряемого пораметра, то шкалу можно проградуир. в значениях измеряемой величины. Из схемы водно, что прибор содержит много электр. усилителей, которые могут исп-ся в измерит. технике и сомостоятельно.

27. Усилители на транзисторах. Х-ки, схема с ОЭ. Принцип усиления.

Назначение усил. – приведение пораметров сигнала в (I, U, P, чистота) к величине достаточной для работы вторичных устройств или приборов. В измер. технике примен. усил. переменного и постоянного тока. Усилители переем. тока могут быть:

-аналоговые(сигнал на вход. и выход. меняется непрерывно)

-цифровые (сигнал предст собой цифровую(импульсн) форму)

Характеристики измер. усилителей :

1) диапозон усилив. входных сигналов 10-7 – 10-8В , потому есть усилители постоянного тока, позвол. регулировать токи до 10-5 А. При этом величина выходного сигнала увеличивается соотв. требуемым величинам для норм. работы послед. устройств

2) коэффициент усиления (по I, U, P) ; ;

3)Амплитудно-частотная х-ка

В области высоких и низких частот. Это связано в схемах электр. усилителей элементов, облад. реактивными св-ми

Чем больше f тем больше индуктивное

сопротивление, больше потери. Сами полупров. транзисторы обладают ѐмкостями

4)Коэфициент нелинейных искажений (КНИ). Статистич. х-ка

усилителя

Наиболее часто исп. усилитель с робщим эмиттером и с общим коллектором.

Принц. схема усилителя переменного тока:

Принцип работы: выходные х-ки полностью отражаят зависимость

.