2.2. Вимірювальні схеми індуктивних приладів.
Вимірювальна схема призначена для перетворення сигналу індуктивного перетворювача в зручний для
вимірювання електричний параметр — напругу або силу струму.
Рис. 2.4.
Характеристики вимірювальних схем.
Вхідною
величиною схеми будуть зміни опорів котушок індуктивного перетворювача,
викликані лінійною величиною, що виміряється. Вихідна величина схеми —
відповідна зміна струму або напруги. Таким чином, характеристика схеми є
залежністю Iвых= φ (Z) або Uвых=φ (Z). При розробці схеми бажано отримати
характеристику (рис. 2.4, крива 1) з достатньо великою прямолінійною ділянкою
АВ, на якій чутливість максимальна і постійна що важливо для створення приладу з рівномірною шкалою. Небажано мати
характеристику схеми (крива 2), у якої постійна становить I0 і не залежить від
лінійної величини, що вимірюється, тобто від ΔZ. В цьому випадку шкала
приладу використовуватиметься частково. Неможливо застосувати більш чутливий
прилад.
Таким чином
схема для вимірювання повинна забезпечити:
1)
отримання більш лінійної залежності струму або напруги на виході схеми від зміни
опору котушок перетворювача;
2)
виділення корисного сигналу, тобто сигналу, залежного тільки від лінійної
величини, що вимірюється;
3) мінімальну погрішність через зміну живлячої напруги і частоти, температури навколишнього середовища, впливи зовнішніх магнітних і електричних полів
Рис. 2.5.
Вимірювальні схеми індуктивних приладів.
Основними
вимірювальними схемами індуктивних приладів для лінійних вимірювань є симетричні
мостові схеми змінного
струму, що працюють у врівноваженому режимі або в режимі відхилень.
Це пояснюється тим, що в цих схемах можна легко використовувати диференціальні
перетворювачі, причому котушки перетворювача виявляються включеними в два
сусідні плечі моста, внаслідок чого однакові зміни яких-небудь параметрів
котушок не викликають сигналу на виході моста. Ця властивість стає особливо важливою при роботі
перетворювача при змінах навколишньої температури в широких межах. На вихід
моста поступає різницевий сигнал, тобто відбувається виділення корисного
сигналу, залежного тільки від зміни опору котушок
перетворювача.
Схеми, що
працюють в рівноважному режимі (рис. 2.5, а), застосовують при побудові
індуктивних самописців в пристроях наладки вимірювальних засобів.
Опори Z1 і Z3 є
опорами індуктивного диференціального перетворювача, а Z2 і Z4— опорами
реохорда.
При нейтральному
положенні якоря індуктивного перетворювача Z1=Z3=Z0 і при певних значеннях Z2 і
Z4 на виході моста напруга дорівнює нулю.
Та варто
перемістити якір індуктивного перетворювача, внаслідок чого Z1 стане рівним Z0 +
ΔZ, а Z3=Z0—ΔZ, як на виході моста з'явиться деяка напруга (напруга розбалансу).
Ця напруга подається на підсилювач У, а потім на виконавчий механізм (електродвигун) Д, який переміщує движок реохорда до тих
пір, поки на виході моста напруга знову стане рівною нулю.
Положення движка
реохорда відповідатиме певному переміщенню якоря індуктивного
перетворювача.
Серед схем, що
працюють в режимі відхилень, найбільше розповсюдження отримав симетричний міст
(рис. 2.5, 6), у якого Z1=Z3=Z0 і Z2=Z4=Z, де Z1 і Z3 — опори котушок
диференціального перетворювача. При переміщенні якоря з нейтрального положення
опору котушок стане рівний Z1=Z0+ΔZ, а Z3=Z0—ΔZ. В тих випадках, коли прилад
будується без підсилювача, до виходу моста підключають через відповідний
випрямляч мікро амперметр постійного струму. Вимірювальна схема в цьому випадку
чутлива по струму, тобто забезпечується залежність Iвых= Δ
(Z).
Для того, щоб вимірювальний міст віддавав максимальну потужність показуючому приладу, необхідно, щоб внутрішній опір моста (опір, зміряний з боку вихідних точок моста) був рівний опору ZH на яке міст замкнутий
x0
Таким чином, для розробленої конструкції перетворювача з визначеним Z0 використовуючи формули можна визначити внутрішній опір мікро амперметра ZH і вибрати його, а також вибрати опори інших плечей моста.
Для даного моста напруга на виході, В, при Zh→∞.
x0
де U — напруга живлення моста.
Струм, що протікає в ланцюзі навантаження, А
x0
Чутливість КU,
В/Ом, вимірювальної схеми по напрузі згідно
виразу 
Зазвичай схеми з чутливістю по напрузі використовують з підсилювачем, у них опори навантаження ZH»Z0; при виборі враховують вимоги вхідного ланцюга підсилювача.
Чутливість KI, А/Ом, вимірювальної схеми по струму згідно з виразом
Характеристика схеми Iвых=φ (Z) і Uвых=φ(Z) для даного типу моста є лінійною, завдяки чому даний міст широко застосовують при побудові індуктивних приладів для лінійних вимірювань.
В цій мостовій схемі опір плечей моста, виключаючи опори котушок перетворювача, зазвичай є чисто активними. В результаті напруга розбалансу моста не співпадає по фазі з напругою його живлення. А це призводить до того, що в нульовій зоні шкали з'являється область неврівноваженої напруги, яка зменшує межі вимірювання приладу.
Спеціальною наладкою елементів вимірювального моста можна добитися отримання постійного збігу по фазі напруг розбалансу моста і його живлення. Це досягається регулюванням додаткового опору Rдоп (рис. 2.6) і початкового зазору δ0 перетворювача або зміною частоти живлячої напруги і аналогічним регулюванням R0
Рис. 2.6. Схема моста з додатковим опором для його урівноваження.
Іноді з метою отримання більшої віддачі потужності від індуктивного перетворювача, особливо при побудові схем з підсилювачем, замість активних опорів використовують диференціальну реактивну котушку (рис. 2.7, а) або первинну обмотку диференціального трансформатора (рис. 2.7, б).
Схема з трансформатором володіє ще тією перевагою, що не зв'язує вибір числа витків і діаметра дроту первинної обмотки з параметрами навантаження, які повинні бути підібраній тільки з урахуванням параметрів вторинної обмотки трансформатора.