Тема 9. Структурные схемы приборов

Измерительные приборы в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных неблагоприятных условий ухудшающих их точность. На выходной сигнал у могут оказывать воздействие: внешние неинформативные параметры и внутренние дестабилизирующие факторы.

Для детального анализа источника погрешностей прибор расчленяют на отдельные, относительно простые элементы – звенья и составляют структурную схему связи элементов между собой. Кроме того, рассматривая каждое звено, как самостоятельный преобразователь, и зная его характеристику, можно легко получить характеристику всего прибора. Приборы, построенные по простым схемам дешевле и надежнее приборов, построенных по сложным схемам. Однако усложнение схемы позволяет получить прибор с лучшими метрологическими характеристиками.

9.1 Последовательная схема соединения преобразователей

Рис. 9.1 Структурная схема прибора

Последовательной схемой соединения преобразователей называется такая, при которой входной величиной каждого последующего преобразователя служит входная величина предыдущего.

На рис. 9.1 представлена структурная схема термоанемометра.

Датчик представляет собой платиновую проволоку 1 с сопротивлением R, припаянную к манганиновым стержням 2, которые смонтированы на ручке 3. Датчик подключен в электрическую цепь и нагревается током I, идущим от источника E. Символом R_С обозначено примерное сопротивление проводов, измерительного механизма и источника питания.

Функция преобразования прибора с последовательным соединением преобразователей определяется выражением:

;

Чувствительность прибора зависит от чувствительности отдельных его преобразователей S₁, S₂, S₃, S₄ и равна их произведению:

Погрешность прибора с последовательным соединением преобразователей зависит от погрешности отдельных преобразователей, т.е равна сумме пересчитанных к выходу погрешностей всех преобразователей. Преимущество — простота. Недостаток — довольно большая погрешность.

9.2 Дифференциальная схема соединения преобразователей

Дифференциальной называется схема, содержащая два канала с последовательным соединением преобразователей, причем выходные величины каждого из каналов подаются на два входа вычитающего преобразователя (рис. 9.2). Вычитающий преобразователь – это преобразователь с двумя входами, выходная величина которого: у = у₁ – у₂

Рис. 9.2 Дифференциальная схема включения преобразователей

Оба канала дифференциальной схемы одинаковы и находятся в одинаковых условиях.

Дифференциальной схемы бывают двух типов. В схеме первого типа измеряемая величина воздействует на вход одного канала, а на вход другого канала подается величина той же природы, но имеющая постоянное значение. Второй канал служит для компенсации погрешностей, вызываемых условиями работы прибора.

В схеме второго типа измеряемая величина после некоторого преобразования воздействует на оба канала, причем таким образом, что когда на входе одного канала входная величина возрастает, на входе другого – уменьшается.

Для дифференциальной схемы первого типа: , т.е. она равна чувствительности 1-го канала

Для дифференциальной схемы второго типа: , т.е. удвоеной чувствительности 1-го канала.

Для дифференциальных схем соединения преобразователей аддитивные погрешности каналов 1 и 2 компенсируются. Чувствительность схемы второго типа вдвое выше чувствительности первого типа и равна удвоенному значению чувствительности первого канала.