Структурные схемы измерительных преобразователей
Структурные схемы реальных ИП могут представлять собой любую комбинацию из рассмотренных ранее типовых структур. В цепи последовательного преобразования измерительного сигнала принято различать первичный ИП (чувствительный элемент) и промежуточные преобразователи (рис. 3.3). Измеряемая величина воздействует непосредственно на первичный преобразователь. Очень часто метод первичного преобразования… Читать ещё >
Структурные схемы измерительных преобразователей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Несмотря на все многообразие ИП их структурные схемы (рис. 3.2) можно свести к нескольким типам (табл. 3.1).
Структурная схема прямого однократного преобразования реализуется во многих ИП с естественными выходными сигналами (например, в термопарах, датчиках давления и разрежения), в которых измеряемая величина преобразуется непосредственно в электрический сигнал, перемещение или усилие. Статическая характеристика, погрешность и другие свойства в этом случае полностью определяются параметрами самого чувствительного элемента.
В тех случаях, когда первичное преобразование не позволяет получить удобный или требуемый для дальнейшего использования сигнал, применяют структурные схемы последовательного прямого преобразования (например, при необходимости получения унифицированного выходного сигнала, преобразования неэлектрической величины в электрическую, коррекции статической или динамической характеристик преобразователя). Суммарный коэф;
Рис. 3.2. Типовые структурные схемы ИП: а — прямого (однократного преобразования); б — последовательного прямого преобразования; в — дифференциальная; г — с ОС (компенсационная) Таблица 3.1.
Типовые структурные схемы измерительных преобразователей.
Тип схемы. | Статическая характеристика. | Погрешность преобразования. |
Прямое (однократное преобразование (см. рис. 3.2, а) | Н * II. | 8″ = 8,. |
Последовательное прямое преобразование (см. рис. 3.2, б) | У = П К/Х 1−1. | 8, = 18,. /=1. |
Дифференциальная (см. рис. 3.3, в) | Ч: II. >: г*. | 5″ =8, К' + 52 К' К, + К2 Ki + K2 |
С обратной связью (компенсационная) (см. рис. 3.2, г) | К '=1 + к, к2х | 8" N + A’iX’j 82 l + l/(AT, Ar2). |
фициент преобразования (общая чувствительность), равный произведению коэффициентов преобразования отдельных звеньев ИП, можно получить достаточно высоким, однако при этом увеличивается общая погрешность преобразования, равная сумме погрешностей составляющих звеньев.
В датчиках, построенных по дифференциальной схеме, измеряемая величина подается одновременно на два идентичных преобразователя.
Выходной сигнал такого датчика пропорционален разности выходных сигналов ИП каждого из каналов. При этом, если выходные сигналы имеют одинаковые знаки, орган сравнения выполняет операцию вычитания, если же знаки разные, — операцию суммирования.
Возможны варианты, когда на один из входов подается эталонный сигнал и сравнение осуществляется с ним или когда информация преобразуется по одному каналу в реальных условиях, а по другому — в эталонных.
К достоинствам дифференциальных схем построения датчиков следует отнести:
значительное уменьшение аддитивных (постоянных) составляющих общей пофешности, обусловленных воздействием возмущающих факторов;
увеличение чувствительности вдвое при подаче входного сигнала на оба входа;
получение реверсивной статической характеристики;
снижение нелинейности статической характеристики и постоянных составляющих выходного сигнала по сравнению с характеристиками отдельных ИП, входящих в дифференциальную схему.
Рис. 3.3. Структурная схема цепи последовательного преобразования.
Наиболее совершенной является схема ИП с обратной связью, или компенсационная схема. В датчиках, построенных по этой схеме, обеспечивается автоматическое уравновешивание контролируемой величины компенсирующей величиной того же рода непосредственно или после предварительного преобразования. Основное достоинство такой схемы состоит в ее способности компенсировать значительные изменения параметров измерительного тракта. Кроме того, основная часть энергии, необходимой для работы датчика, берется от дополнительных источников, а нс от измерительного элемента.
Преобразователи с отрицательной ОС принципиально точнее, чем схемы прямого последовательного преобразования. Отрицательная обратная связь существенно снижает влияние погрешностей звеньев прямой цепи на результат преобразования. Любые ошибки и возмущения звена, не охваченного ОС, полностью передаются на выход преобразователя, поэтому при построении ИП целесообразно стремиться к тому, чтобы охватить такой связью как можно больше звеньев. При К{К2 = 20…30, что нетрудно обеспечить на практике, общая погрешность преобразования практически определяется только погрешностью 62 обратной связи, вследствие чего требования к погрешности 8| прямого канала можно значительно снизить (см. табл. 3.1).
Датчики с ОС обладают высокой чувствительностью и позволяют легко изменять параметры настройки путем изменения коэффициентов преобразования обратной цепи.
Структурные схемы реальных ИП могут представлять собой любую комбинацию из рассмотренных ранее типовых структур. В цепи последовательного преобразования измерительного сигнала принято различать первичный ИП (чувствительный элемент) и промежуточные преобразователи (рис. 3.3). Измеряемая величина воздействует непосредственно на первичный преобразователь. Очень часто метод первичного преобразования входной величины определяет наименование всего ИП или прибора. Промежуточные преобразователи могут выполнять функции усиления, линеаризации, преобразования типа сигнала и др.