evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024282), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Это в ы з ы в а е т увеличение Ах и увеличивает значение у. Т а к и мо б р а з о м , б л а г о д а р я о б р а т н о й с в я з и у м е н ь ш а е т с я п о г р е ш н о с т ь , вызванн а я и з м е н е н и е м Si.4.2. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИНЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН4.2.1. Реостатные преобразователиПринципдействияиконструкция.Реостатныйпреобразователь — з т о п р е ц и з и о н н ы й р е о с т а т , д в и ж о к к о т о р о г о п е р е м е щ а е т с я п о ддействием измеряемойвеличины.Входной величиной преобразователяя в л я е т с я у г л о в о е л и н е й н о е п е р е м е щ е н и е д в и ж к а , в ы х о д н о й — изменение его сопротивления.У с т р о й с т в о п р е о б р а з о в а т е л я п о к а з а н о н а р и с . 4 . 6 . О н с о с т о и т и з карк а с а 1,на к о т о р ы й н а м о т а н п р о в о д 2, и з г о т о в л е н н ы й Из м а т е р и а л а св ы с о к и м у д е л ь н ы м с о п р о т и в л е н и е м , и т о к о с ъ е м н о г о д в и ж к а 3 , укрепл е н н о г о н а о с и 4 .
Д в и ж о к к а с а е т с я п р о в о д а 2 . Д л я о б е с п е ч е н и я электрическогоконтактавместекасания о б м о т к а зачищается от изоляции.В п о к а з а н н о й к о н с т р у к ц и и к о н т а к т с п о д в и ж н ы м д в и ж к о м осуществл я е т с я с п о м о щ ь ю н е п о д в и ж н о г о т о к о с ъ е м н о г о к о л ь ц а 5.О б м о т к а д е л а е т с я о б ы ч н о и з провода, изготовленного из манганина,константана, ф е х р а л я .
Д л я повышен и я т о ч н о с т и и н а д е ж н о с т и о н а выполняетсяизплатино-иридиевогосплава.Д л я о б е с п е ч е н и я х о р о ш е г о контакта д в и ж о к должен прижиматьсяк обмотке силой Юласоздается-3—10"благодаря4Н . Сиупругостид в и ж к а . При измерении переменныхв е л и ч и н , при п е р е х о д е д в и ж к а с одного в и т к а на д р у г о й он "подскакив а е т " , в о з н и к а е т п у л ь с и р у ю щ а я сиРис, 4.6ла, к о т о р а я м о ж е т нарушитьконт а к т . П о э т о й п р и ч и н е , если п р е о б р а з о в а т е л ь с л у ж и т д л я и з м е р е н и я пер е м е н н ы х в е л и ч и н и л и р а б о т а е т п р и в и б р а ц и и , , т о с и л а п р и ж а т и я должн а б ы т ь у в е л и ч е н а . Б о л ь ш а я с и л а н е ж е л а т е л ь н а , п о с к о л ь к у п р и е е увеличении в о з р а с т а е т с и л а т р е н и я , п р е п я т с т в у ю щ а я п е р е м е щ е н и ю д в и ж к а иувеличивающая износ о б м о т к и и контактирующей поверхности д в и ж к а .Визмерительнойтехникетребуютсяреостатныепреобразователик а к с линейной, так и с нелинейной ф у н к ц и е й преобразования.
Однимизспособовпостроенияпреобразования Rкасас переменнойпреобразователей= /(я)высотой(рис.4.7,а)(рис.снелинейнойфункциейявляется использование4 . 7 , б).карПри перемещении д в и ж к ав д о л ь к а р к а с а н а в е л и ч и н у ш а г а о б м о т к и А х = X с о п р о т и в л е н и е изменяется наДЯ126=(dR/dx)\,(4.51)Рис. 4.7гдеdR/dx= f(x)—производнаятребуемойфункциипреобразования R=по п е р е м е щ е н и ю д в и ж к а х. П р и п е р е м е щ е н и и д в и ж к а с о д н о г овитка на другой сопротивление изменяется на величину&R = Pllnp = 2Pl(b + h),где P J— сопротивление единицы длины провода;витка провода;(4.52)(4.52)— высота каркаса;h/Пр— длина одногоЪ — е г о т о л щ и н а . Из ( 4 .
5 1 ) им о ж н о определить зависимость высоты каркаса hот заданнойфункции преобразованияh=( Х / 2 р , ) (dR/dx) - Ъ.(4.53)Е с л и т р е б у е т с я л и н е й н а я ф у н к ц и я п р е о б р а з о в а н и я , т о dR/dx = c o n s tи высота каркаса должна быть постоянной.Изготовлениесложно,чемкаркасас непрерывно изменяющейся высотойизготовлениещения технологииболеек а р к а с а с п о с т о я н н о й в ы с о т о й . Д л я упроприбегаютккусочно-линейнойа п п р о к с и м а ц и и зад а н н о й н е л и н е й н о й ф у н к ц и и п р е о б р а з о в а н и я ( р и с .
4 . 8 , а). Д л я к а ж д о г оинтервалаперемещениядвижканах,которомаппроксимирующаяф у н к ц и я линейна, высота каркаса постоянна. К а р к а с преобразователяполучается ступенчатым, к а к п о к а з а н о на рис. 4.8, б. Число ступенейравно числу интервалов кусочно-линейной аппроксимации.П о т е н ц и о метрическая с х е м а включения р е о с т а т н о г о п р е о б р а з о в а т е л я .Преобразовательможетциометрической схемевключатьсявэлектрическуюцепьпопотен-,( р и с . 4 . 9 , а). Н а п р я ж е н и е с е г о д в и ж к а п о д а е т с я127а)lllllllllllimiiiiiiiiiiiiiilflРис.
4.8Рис. 4.9н а н а г р у з к у RH. Р а с с м о т р и м з а в и с и м о с т ь н а п р я ж е н и я н а н а г р у з к е о тизменения сопротивлениястольвеликоп р е н е б р е ч ь по(ДясравнениюпреобразовательRработаетп р е о б р а з о в а т е л я . Е с л и сопротивление RHчто> Rp),токомвэтомсопротивленииможнос т о к о м в с о п р о т и в л е н и и Rp, то р е о с т а т н ы йврежиме холостогох о д а и н а п р я ж е н и е нанагрузке=UR/Rp(4.54)п р о п о р ц и о н а л ь н о с о п р о т и в л е н и ю R.Если реостатный преобразователь имеет пропорциональную ф у н к ц и юп р е о б р а з о в а н и я R = (R /1)х, то н а п р я ж е н и е U H п р о п о р ц и о н а л ь н о перемещению д в и ж к аи и = (U/l)x.128Р(4.55)Д л я анализа цепи, в к о т о р о й сопротивление н а г р у з к и Rw с о и з м е р и м ос н о м и н а л ь н ы м с о п р о т и в л е н и е м п р е о б р а з о в а т е л я Л р , и с п о л ь з у е м теорему об активном двухполюснике.
Д л я определения тока в некоторомс о п р о т и в л е н и и RH и с с л е д у е м у ю цепь м о ж н о представить в качествеа к т и в н о г о двухполюсника, имеющего внутреннее сопротивление Rjи н а п р я ж е н и е х о л о с т о г о х о д а U x ( р и с . 4 . 9 , б). К з а ж и м а м двухполюсн и к а п о д к л ю ч е н о с о п р о т и в л е н и е Rw. Н а п р я ж е н и е н а н а г р у з к еU=U RНXl(R.+ RIН(456)) .н'При э т о м напряжение Uо п р е д е л я е т с я в ы р а ж е н и е м ( 4 .
5 4 ) , а напряжение на нагрузкеU=hURRl+/l p((4.57)RifRH^-Из рис. 4.9, а следуетR.R(R-iR)I[R+(R-R)]= R(R— R)tR(4.58)Подставив (4.58) в (4.57), получимi7HW/(Rp[l=+R(RV-R)KRpRj])= Will + ep(i - 0 ) ] ,где /3 = R/R(4.59)— относительное изменение с о п р о т и в л е н и я преобразоват е л я ; a = R v j?RH — к о э ф ф и ц и е н т н а г р у з к и .З а в и с и м о с т ь U H от /3 д л я р а з л и ч н ы х а п р и в е д е н а на р и с . 4 . 1 0 . Е с л и( р е ж и м х о л о с т о г о х о д а ) , то U H и з м е н я е т с яа с т о л ь м а л о , что а/3 < 1п р о п о р ц и о н а л ь н о /3.
П р и у в е л и ч е н и и к о э ф ф и ц и е н т а н а г р у з к и а завис и м о с т ь с т а н о в и т с я н е л и н е й н о й , п р и ч е м н е л и н е й н о с т ь в о з р а с т а е т с увел и ч е н и е м а.Еслифункциивкачественоминальнойпреобразованиязависимость(4.54),принятьпредставленную п р я м о й / на р и с . 4 . 1 1 , а, то абсолютнаяпогрешностьвследствиенелинейностиAU=UПосколькумальноеравноностьUUx(4.60)=напряжениеU, тоpU инаприведеннаямаксинагрузке1рпогрешРис. 4.10129S-6016UЪ = ( n - UX)IU = PI [I + ap(l - P)]= -a/32(1- P)/[lП р и a < 0,1+ aP(l - P)].- P =(4.61)п о г р е ш н о с т ь м а к с и м а л ь н а п р и p = 2 / 3 . В э т о м случаеyv ~ 0 , 1 5 a .(4.62)Д л я у м е н ь ш е н и я п о г р е ш н о с т и с л е д у е т у м е н ь ш а т ь а , т.е.
увеличив а т ь RH. О д н а к о п р а к т и ч е с к и з н а ч е н и я с о п р о т и в л е н и я н а г р у з к и частон е в е л и к и . В э т о м случае д л я у м е н ь ш е н и я . п о г р е ш н о с т и м о ж н о б о л е ерационально выбрать номинальную ф у н к ц и ю преобразования. Пустьд е й с т в и т е л ь н о й ф у н к ц и е й п р е о б р а з о в а н и я я в л я е т с я к р и в а я 2 . В качестве номинальной ф у н к ц и и п р е о б р а з о в а н и я более целесообразно принятьп р я м у ю 3. П р и э т о м , к а к в и д н о из г р а ф и к а , на и н т е р в а л а х 0 — а, а — Ъ,Ъ — с п о г р е ш н о с т ь з н а ч и т е л ь н о у м е н ь ш е н а . У м е н ь ш е н а о н а и на и н т е р в а л ес — d, х о т я остается д о в о л ь н о б о л ь ш о й . Д л я т о г о чтобы погрешностьвсюду была малой, диапазон изменения сопротивления преобразователяследует о г р а н и ч и т ь з н а ч е н и е м i ? p , а д о б а в о ч н о е с о п р о т и в л е н и е Ra == Rp — Rp в ы п о л н и т ь на о т д е л ь н о м р е з и с т о р е и в к л ю ч и т ь е г о последов а т е л ь н о с п р е о б р а з о в а т е л е м ( р и с .
4 . 1 1 , б).П о г р е ш н о с т ь р е о с т а т н о г о п р е о б р а з о в а т е л я . С и з м е н е н и е м температур ы и з м е н я е т с я с о п р о т и в л е н и е п р е о б р а з о в а т е л я . В о с н о в н о м э т о обусловливается температурным изменением удельного сопротивления провода.Сопротивлениепреобразователяопределяется известной ф о р м у л о йRt130= R0(l+af)-(4.63)Погрешностьтать,нееисходя из(изменениесопротивленийчениинапряжения на нагрузке)можнорассчис х е м ы включения, н о м и н а л ь н ы х значений в х о д я щ и х виих температурных к о э ф ф и ц и е н т о в .п р е о б р а з о в а т е л я попотенциометрическойсхемевП р и вклюрежимехол о с т о г о х о д а и з м е н е н и е т е м п е р а т у р ы н е м е н я е т р а с п р е д е л е н и е напряжений и температурная погрешность отсутствует.Реостатному преобразователюности.Онаобусловленап р е о б р а з о в а т е л я ARприп р и с у щ а т а к ж е п о г р е ш н о с т ь дискретскачкообразнымизменениемпереходес одногодвижкасопротивленияв и т к а на другой.Е с л и в к а ч е с т в е н о м и н а л ь н о й ф у н к ц и и п р е о б р а з о в а н и я п р и н я т ь функцию,проходящуюпосредине"ступенек",томаксимальноезначениеприведенной погрешности, обусловленное дискретностьюyR = ± Д К / ( 2 Л р ) ,(4.64)где Rp — п о л н о е с о п р о т и в л е н и е п р е о б р а з о в а т е л я .Если п р е о б р а з о в а т е л ь имеет п р о п о р ц и о н а л ь н у ю ф у н к ц и ю преобразов а н и я , т о " с к а ч к и " сопротивления будут о д и н а к о в ы п о в с е м у диапазонуп е р е м е щ е н и я д в и ж к а .
В э т о м случае R p = nAR и7R= ±1/2и,(4.65)где п — ч и с л о в и т к о в в о б м о т к е .Трение взисныереостатном преобразователеизменениясилыимомента,в ы з ы в а е т случайныегистере-необходимых для перемещенияд в и ж к а по о б м о т к е . Это м о ж е т п р и в е с т и к в о з н и к н о в е н и ю погрешности п р е о б р а з о в а т е л я , п р е д ш е с т в у ю щ е г о р е о с т а т н о м у .Погрешность,обусловленнаянелинейностьюпотенциометрическойсхемы включения, и методы ее уменьшения рассмотрены выше.4 . 2 . 2 .
Тензорезисторные преобразователиПринцип действия и к о н с т р у к ц и я . Т е н з о р е з и с т о р н ы й преобразователь(тензорезистор)представляетсобойп р о в о д н и к , изменяющ и й с в о е с о п р о т и в л е н и е п р и д е ф о р м а ц и и с ж а т и я — р а с т я ж е н и я . П р и деф о р м а ц и и п р о в о д н и к а и з м е н я ю т с я его длина /и площадь поперечногос е ч е н и я Q . Д е ф о р м а ц и я к р и с т а л л и ч е с к о й р е ш е т к и п р и в о д и т к изменен и ю у д е л ь н о г о с о п р о т и в л е н и я р .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
