§ 2.5. Дифференциальные измерительные схемы

Дифференциальная схема состоит из двух смежных кон­туров с источником питания, а измерительный прибор включен в общую ветвь контуров и реагирует на,разность контурных токов. В дифференциальной схеме могут быть использованы как пара­метрические датчики (с изменяющимися сопротивлениями), так и генераторные (с изменяющейся ЭДС). Дифференциальные схе­мы включения параметрических датчиков показаны на рис. 2.8 (а — датчик включен в один контур; б — датчик включен в оба контура). ЭДС, питающие оба контура, одинаковы. Дифферен­циальная схема включения генераторного датчика показана на рис. 2.9. В этой схеме датчиком является так называемый диф­ференциальный трансформатор (подробно рассмотрен в § 6.4). При изменении магнитной связи между обмотками трансформа­тора ЭДС левого контура, например, возрастает, а правого — уменьшается. Изменение магнитной связи обусловлено контроли­руемой неэлектрической величиной. Например, оно может быть вызвано перемещением ферромагнитного сердечника в дифферен­циальном трансформаторе.

Проведем сравнение дифференциальной и мостовой измерительных схем по чувствительности. В обеих схемах (рис. 2.10, а, 6) будем использовать одинаковые датчики с изменяющимся ак­тивным сопротивлением и одинаковое питание — от вто­ричной обмотки трансформатора с ЭДС, равной (при диффе­ренциальной схеме имеется вывод от средней точки).

Для расчета токов в дифференциальной схеме используем ме­тод наложения: сначала определим токи от одной ЭДС, затем — от другой (рис. 2.11).

Ток через прибор для расчетной схемы (рис. 2.11, а)

Ток через прибор для расчетной схемы (рис. 2.11, б)

Результирующий ток через прибор

Определение чувствительности дифференциальной схемы в об­щем виде приводит к довольно сложному уравнению, поэтому рассмотрим числовой пример. Пусть E=10 В; R= 10 Ом; =0,1 Ом; R_пр=0,5 Ом. Тогда

Таким образом, при одинаковых напряжениях питания, сопро­тивлениях датчика и измерительного прибора, приращениях сопро­тивления датчика дифференциальная схема дает большее прира­щение тока в измерительной цепи. Следовательно, дифференциаль­ная измерительная схема имеет большую чувствительность, чем мостовая схема.

Ток в измерительной цепи мостовых и дифференциальных схем зависит от напряжения питания. Колебания напряжения питания . приводят к появлению погрешности, так как ток через прибор и отклонение его стрелки изменяются даже при неизменном сопро­тивлении датчика.

Для уменьшения влияния напряжения питания на показания прибора используют так называемые логометрические схемы из­мерения. Логометром называется магнитоэлектрический прибор, противодействующий момент в котором создается не механически (пружиной), а электрически. На рис. 2.12 приведена принципиаль­ная схема логометра для измерения сопротивления датчика Яд, В магнитном поле постоянного магнита с полюсными наконечника­ми NS помещен стальной цилиндрический сердечник. В зазоре между сердечником и полюсными наконечниками помещены две обмотки wi и а>2, выполненные в виде рамок. При прохождении тока по рамке создается вращающий момент и рамка поворачива­ется. Зазор сделан неравномерным, чтобы вращающий момент из­менялся в зависимости от угла поворота. Обмотки o»i и а>₂ намо­таны так, чтобы моменты рамок были направлены навстречу друг другу. Рамки жестко соединены между собой под определенным углом. Вместе они могут поворачиваться одновременно с закреп­ленной на рамках стрелкой прибора. То­ки к рамкам подводятся с помощью спи­ральных пружин, которые создают малый противодействующий момент, возвраща­ющий рамки и стрелку в исходное поло­жение, когда тока в приборе нет.

Датчик включен последовательно с обмоткой , постоянный резистор R — последовательно с обмоткой . Если со­противления и R равны, то токи в рам­ках также равны ( ) и подвижная система (обе рамки со стрелкой) займет положение, симметричное относительно оси полюсов NS. Если же сопротивление датчика изменится (например, увеличит­ся), то ток /i уменьшится и уменьшится момент , создаваемый этим током в рамке i0j. Так как ток и соответствующий ему момент остал­ся неизменным, то результирующий момент повернет подвижную систему на некоторый угол. При этом рамка с большим током входит в расширяющийся зазор с меньшей индукцией, а рамка wi с меньшим током, наоборот, входит в сужающийся зазор с большей индукцией. Момент будет уменьшаться, а —увеличиваться. При определенном угле поворота моменты сравниваются и подвиж­ная система займет новое равновесное положение. Если же из­менится напряжение питания цепи U, то в рамках и изме­нятся токи, притом одновременно и в одинаковой степени (так как рамки подключены к источнику питания параллельно). Соотно­шение токов и моментов останется неизменным и положение под­вижной системы не изменится. Как видно, на положение стрелки влияют не сами токи, а их отношение, которое определяется сопро­тивлением датчика и не зависит от напряжения питания.