4 Структурные схемы измерительных приборов, схемы последовательного преобразования, дифференциальные схемы.

а) Последовательная схема соединения преобразователей.

Простейшая схема – схема последовательного преобразования. Это схема, в которой входная величина каждого последующего преобразователя меняется выходной величиной предыдущего. Входная величина 1 преобразователя – измеряемая величина. Различные преобразователи могут различаться по сложности. Рассмотрим схему последовательного преобразователя, показанную на рисунке.

S – чувствительность i-го преобразователя.

Чувствительность преобразователя, имеющего последовательно соединенные звенья, определяется следующим образом:

Приведенная погрешность схемы последовательного преобразования определяется как сумма приведенных погрешностей отдельных звеньев.

где – приведенная погрешность i-го звена.

Формула (4) применима для случайных систематических погрешностей.

Для случайных погрешностей, если функция преобразования пропорциональная (линейная), приведенная среднеквадратическая погрешность схемы определяется как

где – приведенная среднеквадратическая погрешность соответствующего элемента.

Достоинства схемы последовательного преобразования – простота, дешевизна. Недостатком является высокая погрешность.

б) Дифференциальная схема соединения преобразователей.

Дифференциальная схема состоит из двух каналов с последовательно соединением преобразователей, причем выходные сигналы каждого канала подаются на два входа вычитающего преобразователя. Вычитающий преобразователь имеет два входа, а выход – разность величин этих входов.

Дифференциальная схема соединения преобразователей показана на рисунке.

Оба канала делаются одинаковыми по чувствительности и погрешности. Дифференциальные схемы могут работать в двух режимах:

Первый режим – измеряемая величина воздействует на вход одного канала (x₁); на вход другого канала (x₂) – действует физическая величина той же природы, но имеющее постоянное значение (например, равна ”0”). Второй канал компенсирует погрешность, вызываемую условиями работы прибора.

Второй режим – измеряемая величина после определенных преобразований поступает на оба канала, но различна по знаку или по модулю.

Для первого случая включения чувствительность схемы

где – чувствительность каждого канала.

Для схемы второго типа чувствительность в 2 раза больше.

При наличии аддитивных составляющих погрешностей

Где – аддитивная составляющая погрешностей, а они равны между собой, так как каналы идентичны, тогда

т. е. в дифференциальных схемах аддитивные составляющие погрешностей взаимокомпенсируются.

5 Логометрические, компенсационные измерительные схемы.

в) Логометрическая схема соединения преобразователей.

Логометрическая схема соединения преобразователей содержит два канала с последовательным соединением преобразователей. Выходные величины каналов подаются на логометрический преобразователь, который имеет два выхода, а его выходная величина является отношением (частотным) от выходных величин. Логометрическая схема соединения преобразователей изображена тута:

Оба канала идентичны и находятся под действием одинаковых факторов (в одинаковых условиях) Где S – чувствительность ( ).

т. е. выходная величина данной схемы не зависит от изменения чувствительности каналов, следовательно, схема не чувствительна к мультипликативным погрешностям.

Измерительные электрические схемы с использованием гальванометров (например, мостовая) очень критичны к непостоянству напряжения питания. Логометрические схемы устраняют этот недостаток.

г) Компенсационная схема преобразования.

Данные схемы имеют обратные связи и могут быть представлены в следующем виде:

Вход x подается на один из входов вычитающего преобразователя. На другой его вход подается сигнал x_ОС, той же физической природы. Величина сигнала обратной связи зависит от величины выходного сигнала ”y”. Разность сигналов подается в цепь прямого преобразования ”1”.

Для линейных преобразователей ”1” и ”2”

. Где и – чувствительность преобразователей.

Отсюда Как правило , имеет значительную величину, отличающуюся от 1, при этом входная величина x может быть равна величине цепи обратного преобразования x_ОС, т. е. .

Выходная величина ”y” во многом определяется параметрами обратной связи или ее чувствительностью, а не прямым каналом преобразования.

Канал обратной связи должен иметь высокую точность, что обеспечит точность схемы в целом.

Чувствительность данной схемы может быть вычислена следующим образом:

Компенсационная схема позволяет устранять аддитивную составляющую погрешности и значительно уменьшить мультипликативную погрешность, вносимую 1-ым каналом (изменение S₁).