4.Измерительные цепи

Измерительная цепь представляет собой функционально-структурную схему, отображающую методы и технические средства реализации требуемой функции преобразования прибора. Измерительная цепь включает все элементы прибора от входа до устройства воспроизведения (указатель, регистратор и др.). Измерительная схема прибора – понятие более узкое, она не включает первичного преобразователя, устройства воспроизведения и др.

Измерительные цепи можно разделить на цепи прямого преобразования, когда преобразователи соединяются последовательно или параллельно согласно, и цепи уравновешивающего преобразования, когда все или основные преобразователи соединены параллельно встречно (цепи с обратной связью).

4.1 Измерительные схемы с делителями тока и напряжения.

Измерительные цепи с параметрическими преобразователями содержат схемы делителей тока и напряжения, неравновесные мостовые схемы постоянного и переменного тока

В качестве простейших схем измерительных цепей применяют схемы делителей напряжения (рис.3, а) и делителя тока (рис.3, б), в которых измерительным прибором является логометр.

В схеме делителя напряжения падения напряжения на сопротивлениях R₁ и R₂ подаются на рамки логометров с сопротивлением R_Р. Показание логометра, пропорциональное отношению токов I₁ и I₂ в рамках, можно выразить через параметры схемы

. (1)

Для увеличения чувствительности схемы сопротивления рамок логометра должны быть значительно больше сопротивлений потенциометра.

Так как сопротивление рамок логометра выполняется из меди, то отношение токов (I) будет зависеть от температуры T окружающей среды. Если вос­пользоваться тем, что

,

где - температурный коэффициент, и обозначить =R₁/R (R=R₁+R₂), то получим:

, (2)

где

Из выражения (2) видно, что при a₀>>0 вместе с повышением чувствительности уменьшаются температурные погрешности схемы. Например, при а=3 и T=100°С температурная погрешность составляет 2,5%.

Для схемы делителя тока отношение токов I₁ и I₂ в рамках логометра будет

. (3)

Чувствительность этой схемы возрастает с уменьшением R_Р по сравнению с сопротивлением потенциометра R=R₁+R₂. При этих условиях температурные погрешности также уменьшаются.

4.2 Мостовые измерительные схемы с гальванометром.

Измерительные цепи многих авиационных приборов содержат неравновесные мостовые схемы постоянного тока с гальванометрами и логометрами в качестве указателей.

Схема моста с гальванометром в качестве указателя приведена на рис.5, а), где R₁, R₂, R₃, R_X - сопротивления плеч моста; R_Г — сопротивление гальванометра и U — напряжение питания.

Сила тока в измерительной диагонали моста

(4)

При условии

, (5)

сила тока I в гальванометре обращается в нуль и мост находится в равновесии.

Если из сопротивлений плеч моста, например R_X, является переменным, зависящим от измеряемого параметра x, то сила тока I при этом изменяется. Следовательно, между силой тока I и сопротивлением R_X при постоянных значениях других сопротивлений и при постоянном напряжении питания U существует однозначная зависимость вида

, (6)

позволяющая преобразовать изменение сопротивления в изменение силы тока. Вместо одного может быть два (рис.5, б) или все четыре плеча переменными.

Из выражения (4) видно, что ток I пропорционален напряжению питания U. Если напряжение изменится на U, то сила тока изменится на I, т.е.

. (7)

Следовательно, каждому проценту изменения напряжения соответствует процент погрешности. Поэтому для питания мостовых схем необходим источник со строго постоянным напряжением.

В авиационных приборах, содержащих мостовые неравновесные схемы, возникают температурные погрешности вследствие влияния температуры окружающей среды на сопротивление рамки, магнитную индукцию и другие параметры гальванометра. Для компенсации этих погрешностей применяют различные компенсационные устройства, чаще всего добавочные сопротивления с нулевым или отрицательным температурным коэффициентом, включаемые последовательно с рамкой гальванометра. При этом удается понизить температурный коэффициент прибора до допустимых значений путем снижения его чувствительности.

Из приведенных соображений ясно, что от условий наибольшей чувствительности нередко приходится отказываться, чтобы удовлетворить другим требованиям, предъявляемым к прибору.