3. Дифференциальные измерительные схемы
Дифференциальная измерительная схема предназначена как и мостовая измерительная схема для измерения параметров электрических цепей. Она состоит из двух смежных контуров, в каждом из которых действует своя ЭДС. Смежная (общая) цепь является измерительной. В ней протекает ток, равный разности контурных токов, зависящих от значений сопротивления в этих контурах. Наиболее эффективной является схема, в которой обе упомянутых ЭДС равны. Поэтому наибольшее распространение получила схема с трансформаторным питанием, где равенство ЭДС в контурах достигается равным количеством витков вторичных обмоток трансформатора. И такая схема приобретает вид, изображенный на рис. 1.3.
Р
ис.
1.3. Дифференциальная измерительная
схема
В этой схема резисторы R1 и R2 образуют два плеча, в одно из которых включается выходная цепь параметрического датчика, а сопротивление Rн в измерительной цепи − нагрузка дифференциальной схемы или входная цепь последующих элементов автоматики. Значение тока Iн в измерительной цепи выступает в качестве меры измеряемого параметра датчика. Зависимость этого тока от сопротивлений R1, R2 и Rн определяется выражением
,
(1.4)
в
котором не учтено сопротивление выходной
цепи самого трансформатора Т1. А
напряжение в измерительной цепи
определяется простым
.
Зависимость тока в измерительной цепи
от сопротивления плеча представлена
на рис. 1.4. она похожа на подобную
зависимость для мостовой схемы на
переменном токе.
Рис. 1.4. Зависимость тока измерительной цепи от сопротивления плеча
Для измерения
параметров выходной цепи датчиков в
дифференциальной схеме, как и в мостовой,
могут использоваться и метод
непосредственного измерения по заранее
полученной характеристике, и нулевой
метод, когда с помощью сопротивления
другого плеча добиваются нулевого
значения тока в измерительной цепи.
Условие баланса схемы еще проще: для
измерения активного сопротивления
,
а для измерения индуктивности или
емкости −
.
4. Компенсационные измерительные схемы
К
омпенсационные
измерительные схемы применяются в
основном для измерения ЭДС генераторных
датчиков с высоким или неизвестным
внутренним сопротивлением. Схема ее
для ручного измерения ЭДС приведена на
рис. 1.5.
Рис. 1.5. Компенсационная измерительная схема.
Ручная компенсация
Метод измерения
неизвестного значения ЭДС
датчика с неизвестным внутренним
сопротивлением
заключается в следующим. Перемещая
подвижный контакт реохорда R,
добиваются, чтобы ток в измерительной
цепи
через сопротивление нагрузки
был бы равен нулю. Тогда падение
напряжения
в левой части реохорда будет в точности
равен значению измеряемого
.
Зная при этом отсчет положения подвижного
контакта реохорда по шкале, искомое ЭДС
найдется просто:
,
где
- напряжение питания измерительной
схемы.
Очевидно, что в
момент компенсации, когда
,
падения напряжения на внутреннем
сопротивлении датчика тоже равно нулю,
и оно не влияет на измеренное значение
.
В этом заключается преимущество
компенсационного метода перед другими
методами измерения напряжения. Кроме
того, в момент измерения компенсационная
схема не вносит никаких искажений в
измеряемую среду.
При автоматической
компенсации измерительное устройство
должно создать на противоположном конце
резистора
напряжение
,
того же знака и равного по величине
измеряемого ЭДС, так, чтобы ток
равнялся бы нулю. Это можно выполнить
на обыкновенном операционном усилителе.
А так как значение
может быть любым, его совсем можно
убрать. Такая схема приведена на рис.
1.6. Здесь искомое значение ЭДС
.
Рис. 1.6. Компенсационная измерительная схема.
Автоматическая компенсация