Схемы делителей напряжения
При включении по схеме делителя напряжения датчик включается в цепь последовательно с некоторым постоянным сопротивлением , которое в общем виде может быть комплексным. Добавочным сопротивлением может служить, например, резистор, индуктивность или емкость (см. рис. 4.8.2.1). При питании цепи переменным напряжением, напряжение на датчике, измеряемое вольтметром V того или иного типа, будет зависеть от полного сопротивления датчика. Если соблюдается условие , то
,
откуда следует, что напряжение на датчике прямо пропорционально величине его индуктивности.
Чувствительность по напряжению схемы
.
Выходной сигнал схемы включения при изменении полного сопротивления датчика
.
С другой стороны, выходное напряжение схемы делителя напряжения зависит также от величины напряжения питания и частоты питающего тока . Нетрудно убедиться, что и ; следовательно, стабильность источника питания по частоте и напряжению определяет погрешность преобразования измерительного сигнала схемой делителя напряжения.
Включение дифференциального датчика в схему делителя напряжения показано на рисунке 4.8.2.2. Обмотки датчика и образуют делитель напряжения, питаемый переменным током.
При изменении индуктивностей обмоток будет изменяться их полное сопротивление и падение напряжения на обмотках. Это падение напряжения выпрямляется диодами и . Конденсаторы и служат для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, а резисторы , , являются сопротивлениями нагрузки для выпрямителей.
Показывающий вольтметр V подключен к одноименным полюсам выпрямителей. В этом случае он будет показывать разницу напряжений на обмотках датчика и . Когда индуктивности обмоток равны, равны и их полные сопротивления и падения напряжения на них. Вольтметр при этом покажет нуль. Регулировка нулевых показаний вольтметра при настройке может осуществляться переменным резистором .
Мостовые схемы
Весьма широкое распространение для включения индуктивных датчиков нашла мостовая схема включения в различных вариантах (см. рис. 4.8.3.1). Общий вид мостовых схем включения недифференциального индуктивного датчика показан на рисунке. Если соблюдается условие
где – фазовый угол соответствующего комплексного сопротивления, то выходное напряжение равно нулю, и мост в этом случае сбалансирован или уравновешен. Условие равновесия мостовой схемы формулируется следующим образом: «для равновесия мостовой схемы необходимо, чтобы произведения модулей комплексных сопротивлений накрест лежащих плеч моста, а также суммы их углов фазовых сдвигов были равны между собой». При изменении индуктивности датчика условие равновесия моста нарушается, и выходное напряжение моста пропорционально изменению индуктивности.
Плечи мостовой схемы в общем случае являются комплексными сопротивлениями и в конкретных схемах включения могут быть реализованы включением резисторов, индуктивностей или емкостей. Пример реализации мостовой схемы приведен на рисунке 4.8.3.1 б). Одним плечом моста является индуктивность датчика , второе плечо – компенсационная индуктивность , третье и четвертое – образованы резисторами , и . Для резисторов фазовый угол . Для индуктивностей . В связи с этим удается обеспечить условие равновесия мостовой схемы. Балансировка мостовой схемы для определенного значения при настройке осуществляется резистором или изменением компенсационной индуктивности .
Мостовые схемы с компенсационной индуктивностью не всегда удобны при практическом исполнении. В этом отношении проще схемы на резистивно-емкостных элементах (см. рис. 4.8.3.1 в). Конденсатор введен в схему для того, чтобы можно было обеспечить равенство сумм фазовых углов накрест лежащих плеч моста. Регулировкой резистора устанавливается требуемый угол фазового сдвига плеча, составленного резисторами , , частично и конденсатором и накрест лежащего по отношению к плечу с . Регулировкой резистора добиваются выполнения условия равенства произведений модулей сопротивлений накрест лежащих плеч. Таким образом оба регулировочных элемента и одновременно используются для балансировки мостовой схемы.
Мостовая схема используется и для включения дифференциальных датчиков. В схеме на рисунке 4.8.3.2 а) два плеча моста образованы индуктивностями обмоток дифференциального датчика, а два других резисторами , и . Поскольку катушки датчика имеют одинаковую конструкцию и одинаковые параметры, то для них углы фазовых сдвигов близки, и второе условие равновесия мостовой схемы обеспечивается автоматически.
Для балансировки мостовой схемы при неравных значениях индуктивностей и в процессе настройки служит резистор , которым добиваются выполнения первого условия равновесия мостовой схемы.
В мостовой схеме, приведенной на рисунке 4.8.3.2 б), плечами моста являются индуктивности датчика и , а также обмотки трансформатора и резистор . В этой схеме указатель подключен к измерительной диагонали моста через трансформатор . Такое включение позволяет наилучшим образом согласовать между собой выходное сопротивление мостовой схемы и сопротивление измерителя для получения наибольшей чувствительности.
Резистор служит для балансировки мостовой схемы при настройке.
На рисунке 4.8.3.2 в), в приведена схема, аналогичная показанной на рисунке 4.8.3.2 а), а, но в данном случае изменено назначение диагоналей моста.
Все рассмотренные мостовые схемы работают в режиме неуравновешенного моста, при котором изменение индуктивности датчика размера ведет к пропорциональному изменению выходного напряжения на измерительной диагонали моста.
Выходное напряжение мостовой неуравновешенной схемы
,
где – относительное изменение полного сопротивления одного плеча (обмотки датчика) мостовой схемы; – коэффициент преобразования мостовой схемы (плечевой коэффициент).
Величина определяется соотношением углов фазовых сдвигов комплексных сопротивлений смежных плеч.
Фазовые соотношения смежных плеч моста:
а – синфазные, б – квадратурные, в – противофазные.
С этой точки зрения мостовые схемы разделяются на
· синфазные, для которых и ;
· квадратурные и ;
· противофазные и .
Для включения индуктивных датчиков размера на практике применяются только синфазные и квадратурные мостовые схемы, и, следовательно, .
Выражение записано для модуля выходного напряжения без учета фазового сдвига. Из этого выражения нетрудно видеть, что стабильность выходного напряжения зависит от стабильности напряжения питания и частоты питания (в последнем случае при изменении частоты изменяется ). При этом
, .
Поскольку в общем виде первое условие равновесия мостовой схемы переменного тока можно записать
,
то функция преобразования уравновешенной мостовой схемы (при одном уравновешивающем плече ) будет иметь вид
и .
При включении в мостовую схему дифференциального индуктивного датчика в выражения и следует подставлять величину , где – относительное изменение полного сопротивления обмотки половины дифференциального датчика при входном измеряемом перемещении .
Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 2941;