Структурні схеми вимірювальних перетворювачів

Незважаючи на все різноманіття ВП, їхні структурні схеми можна звести до декільком типам (табл. 4.1). Структурна схема прямого однократного перетворення реалізується в багатьох ВП із природніми вихідними сигналами, у яких вимірювана величина перетвориться безпосередньо в електричний сигнал, переміщення або зусилля. Статична характеристика, погрішність і інші властивості тут визначаються параметрами самого чутливого елемента.

У тих випадках, коли первинне перетворення не дозволяє одержати зручний або необхідний для подальшого використання сигнал, застосовують структурні схеми з декількома послідовними перетвореннями, наприклад при необхідності одержання уніфікованого вихідного сигналу, перетворення неелектричної величини в електричну, корекції статичної або динамічної характеристики перетворювача. Сумарний коефіцієнт перетворення (загальна чутливість) можна одержати досить високим, однак при цьому збільшується загальна погрішність перетворення (табл. 3.1).

Табл. 3.1. Типові структурні схеми ВП

* Примітка. У формулах прийняті наступні позначення: x - вимірювана величина; в - вихідна величина; δi - погрішність ланки перетворювача; δ_П - загальна погрішність перетворювача; K - коефіцієнт перетворення

У датчиках, побудованих за диференціальною схемою, вимірювана величина подається одночасно на два ідентичні вимірювальні перетворювачі. Вихідний сигнал датчика пропорційний різниці вихідних сигналів ВП кожного з каналів. Якщо вихідні сигнали мають однакові знаки, то орган порівняння виконує операцію вирахування, якщо знаки різні - операцію підсумовування.

Можливі варіанти, коли на один із входів подається еталонний сигнал і порівняння здійснюється з ним або інформація перетвориться по одному каналу в реальних умовах, а по іншому - в еталонні.

До переваг диференціальних схем побудови датчиків слід віднести: значне зменшення адитивних (постійних) складових загальної погрішності, обумовлених впливом факторів, що обурюють; збільшення чутливості вдвічі при подачі вхідного сигналу на обоє входу; одержання реверсивної статичної характеристики; зниження нелінійності статичної характеристики й постійних складових вихідного сигналу в порівнянні з характеристиками окремих ВП, що входять у схему.

Найбільш зробленою схемою ВП є схема зі зворотним зв'язком, або компенсаційна схема. У датчиках, побудованих за цією схемою, забезпечується автоматичне зрівноважування контрольованої величини, що компенсує величиною того ж роду безпосередньо або після попереднього перетворення. Основна гідність такої схеми полягає в її здатності компенсувати значні зміни параметрів вимірювального тракту. Крім того, основна частина енергії, необхідної для роботи датчика, береться від додаткових джерел, а не від вимірювального елемента.

Перетворювачі з негативним зворотним зв'язком принципово точніше, чим схеми прямого послідовного перетворення. Негативний зворотний зв'язок суттєво знижує вплив погрішностей ланок прямого ланцюга на результат перетворення. Будь-які помилки й збурювання ланки, не охопленого зворотним зв'язком, повністю передаються на вихід перетворювача, тому при побудові ВП доцільно прагнути до того, щоб охопити зворотним зв'язком якнайбільше ланок. При величині K₁K₂ = 20...30, що неважко забезпечити на практиці, загальна погрішність перетворення практично визначається тільки погрішністю δ₂ зворотного зв'язку, внаслідок чого вимоги до погрішності δ₁ прямого каналу можна значно знизити (див. табл. 4.1).

Датчики зі зворотним зв'язком мають високу чутливість і дозволяють легко змінювати параметри настроювання шляхом зміни коефіцієнтів перетворення зворотному ланцюга.

Структурні схеми реальних ВП можуть являти собою будь-яку комбінацію з розглянутих вище типових структур. У ланцюзі послідовного перетворення вимірюваного сигналу прийнято розрізняти первинний вимірювальний перетворювач (чутливий елемент) і проміжні перетворювачі (рис. 3.2). Вимірювана величина впливає безпосередньо на первинний перетворювач. Часто метод первинного перетворення вхідної величини визначає найменування всього вимірювального перетворювача - або приладу. Проміжні перетворювачі можуть виконувати функції посилення, лінеаризації, перетворення роду сигналу й ін.

Рис. 3.2. Бок-схема кола послідовного перетворення

Дата добавления: 2014-01-07