62158 (611431), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

гдеβ = R₂/(R_{ + R₂) — коэффициент передачи цепи положительной обратной связи.

При достижении этой функцией порогового значения +βUo в момент времени t₁, срабатывает компаратор на ОУ, изменяя на выходе знак напряжения U₀ на противоположный. Интервал времени интегрирования

(24)

На следующем интервале времени Т₂ = t₂- t_{ происходит формирование развертывающей функции с противоположным знаком производной. Очевидно, что при равенстве положительного и отрицательного порогов срабатывания |+β Uo| = |-β Uo| интервалы T₁, и Т₂ равны. При этом период меандрового напряжения на выходе ОУ определяется выражением.

(25)

Результат измерения периода Т_х пропорционален значению определяемого параметра R_x (или С_х, или L_x).

Цифровые измерительные приборы, построенные по методу развертывающего преобразования, получили широкое распространение при измерении параметров электрических цепей; их погрешность измерения составляет 0,005...0,1%.

Наряду с методами преобразования в практике используются также методы уравновешивающего преобразования R_x, С_х и L_x— параметров.; Сравнение измеряемой величины с образцовой чаще всего осуществляв ется путем уравновешивания мостовой измерительной цепи, в одно из плеч которой включается исследуемый двухполюсник. В смежное плечо моста включается образцовый элемент, представляющий собой набор квантованных образцовых мер, соответствующих весовым коэффициентам разрядов используемого цифрового кода. Изменением параметров образцового двухполюсника добиваются равенства нулю напряжения в измерительной диагонали. Уравновешивание моста может быть как следящим, так и развертывающим.

Достоинствами таких ЦИП являются высокая точность и широкий динамический диапазон. К их недостаткам относится низкое быстродействие, обусловленное необходимостью применения контактных ключей для формирования с высокой точностью параметров образцового двухполюсника.

На рис.28 показана структурная схема цифрового моста постоянного тока уравновешивающего типа для измерения активного сопротивления резистора или другого элемента с оммическими потерями.

Измеряемый резистор Rх образцовые резисторы R₁, и R₂ и преобразователь кода в сопротивление (ПКС) образуют мост, который питается источником постоянного напряжения (ИП). Разбаланс моста фиксируется устройством сравнения (УС). Устройство управления (УУ) анализирует выходной сигнал УС и в зависимости от его знака увеличивает или уменьшает; цифровой код N, выдаваемый на ПКС. Уравновешивание производится до тех пор, пока напряжение в выходной диагонали моста не станет меньше порога чувствительности УС. При этом измеряемое сопротивление

(25)

где К_ПКС = Rпкс /N— коэффициент преобразования ПКС; Rпкс — сопротивление ПКС.

Как следует из формулы (25), результат измерения (он фиксируется цифровым отсчетным устройством — ЦОУ) не зависит от напряжения питания моста.

Изменение пределов измерения происходит путем изменения отношения сопротивлений резисторов R₁ и R₂ цепи положительной обратной связи. Точность измерения определяется стабильностью сопротивления образцовых резисторов R₁ и R₂ и точностью ПКС.

Цифровые мосты постоянного тока обеспечивают погрешность измерения около 0,01% и широко используются для точного измерения активного сопротивления.

Б олее сложными являются мосты переменного тока, предназначенные для измерений комплексного сопротивления, индуктивности и емкости при определенной фиксированной частоте (обычно 1 кГц). Эти мосты выполняют уравновешивание по двум параметрам, т.е. производят раздельное и независимое уравновешивание двух составляющих комплексного сопротивления Z_x.

Рис.28. Структурная схема цифрового моста постоянного тока уравновешивающего типа

6.2 Мосты постоянного и переменного тока

Для измерений различных величин находят применение измерительные приборы – мосты и компенсаторы, которые строятся на основе метода сравнения с мерой.

Мосты широко используются для измерения сопротивления, индуктивности, емкости, добротности и угла потерь. На основе мостовых схем выпускают приборы для измерения неэлектрических величин (температуры, перемещений и др.) и различные устройства автоматики. Широкое применение мостов объясняется возможностью измерения различных величин.

В зависимости от характера сопротивлений плеч, образующих мост, и рода тока, питающего мост, выделяют мосты постоянного и переменного тока. В зависимости от вида схемы (числа плеч) мосты постоянного тока бывают четырехплечие (одинарные) и шестиплечие (двойные). Мосты выпускаются с ручным и автоматическим уравновешиванием.

Для измерений напряжений и ЭДС постоянного и переменного тока применяют компенсаторы постоянного и переменного тока. Они также применяются для измерения других величин при использовании измерительных преобразователей и косвенного способа измерений. Компенсаторы дают возможность получать результаты с высокой точностью, они обладают высокой чувствительностью. Приборостроительная промышленность выпускает компенсаторы, как с ручным, так и с автоматическим уравновешиванием.

Измерение параметров на переменном токе. Основными методами измерения параметров R, L, С на переменном токе являются мостовые и резонансные. Мостовые методы измерения являются более точными, но могут использоваться только в ограниченной полосе частот. Существует несколько разновидностей мостовых схем: четырехплечие, шестиплечие (двойные), уравновешенные, неуравновешенные и процентные. Управление этими мостами может быть как ручным, так и автоматическим. Наибольшее распространение получили схемы четырехплечих уравновешенных мостов. Обобщенная структурная схема такого моста показа-па на рис.29, а.

Сопротивления четерехплечего моста в общем случае носят комплексный характер:

(26)

Условия равновесия такого моста будут определяться двумя уравнениями:

(27)

(28)

Для выполнения этих условий необходимо наличие в плечах моста двух элементов с регулируемыми параметров. Этими параметрами наиболее удобно сделать активные сопротивления. В качестве элемента, обеспечивающего необходимый фазовый сдвиг, используется эталонный конденсатор емкостью С₀ с малыми потерями.

Упрощенная структурная схема четырехплечего уравновешенного моста для измерений активных сопротивлений представлена на рис.29, б. Магнитоэлектрический, электронный или цифровой нуль-индикатор (НИ) включается в диагональ моста, ток в которой в момент измерения должен быть установлен равным нулю. Согласно условию (27) равновесия моста необходимо, чтобы выполнялось равенство RхR₄=R₂R_3,откуда неизвестное сопротивление можно выразить следующей формулой:

(29)

Для достижения равновесия моста достаточно иметь один регулируемый параметр (резистор R₄), как показано на рис.29, б.

Р ис.29. Структурная схема четырехплечего моста.

Пределы измеряемых сопротивлений для подобных мостов составляют от 10 ^-2 до 10 ⁷ Ом. Погрешности измерения — от сотых долей процента до нескольких процентов в зависимости от диапазона измерения. Наименьшие погрешности лежат в диапазоне от 100 Ом до 100 кОм. При малых измеряемых сопротивлениях вклад в погрешность измерения вносят сопротивления соединительных проводов, при больших — сопротивления утечки.

Представленная на рис.29, б схема может быть создана в цифровом варианте. Для этого регулируемый резистор изготавливается в виде набора ряда сопротивлений, выполненных в соответствии с двоично-десятичным кодом. Сопротивления поочередно включаются в плечо измерительного моста до тех пор, пока схема не уравновесится. Положение ключей характеризует собой код измеряемой величины, поступающий затем в цифровое отсчетное устройство.

6.3 Измерение индуктивности, добротности, емкости и тангенса угла потерь

Наиболее распространенные схемы мостов на переменном токе, измерения индуктивности и добротности катушек представлены рис.30. В них используются источники гармонического тока с амплитудой напряжения U и угловой частотой ω. Эти четырехплечие мосты соответствуют наилучшей сходимости (уравновешивания). Эквивалентные схемы замещения для катушек индуктивности с потерями могут быть последовательными или параллельными в зависимости от потерь отображенных активным сопротивлением.

Р ис.30. Схемы мостов для измерения индуктивностей и их добротностей с образцовыми элементами: а – катушкой; б – конденсатором

Условие равновесия для схемы рис.30, а имеет вид

(30)

где L_x и R_x — измеряемые индуктивность и сопротивление омических потерь в катушке; L_Q и R₀ — образцовые индуктивности и сопротивление.

Приравняв отдельно действительные и мнимые члены формулы (30), получим:

L_X=L₀R₂/Ri; R_X=R₀R₂/R_h (31)

Поскольку изготовление высокодобротных образцовых катушек вызывает определенные трудности, часто в качестве образцовой меры в мостах переменного тока применяется конденсатор (рис.30, б). Для этой схемы

(32)

Приравняв отдельно в данном уравнении вещественную и мнимую части, получим следующие формулы для определения параметров катушки индуктивности:

L_x=C₀R₂R₃; R_x=R₂R₃/R₀. (33)

Добротность катушки

(34)

Для измерения емкости и тангенса угла потерь конденсаторов с малыми потерями применяют мостовую схему, представленную на рис.31, а (последовательное соединение элементов С_хи R_x), а с большими потерями — на рис. 31, б (параллельное соединение элементов С_х и R_x).

Условие равновесия для схемы рис.31, а имеет вид

Р ис.31. Схемы мостов для измерения емкости и угла потерь конденсаторов:

а – с малыми потерями; б – с большими потерями.

Разделив здесь вещественную и мнимую части, получим следующие формулы для определения параметров конденсатора:

C_x= C₃R₄ /R₂, R_x=R₃R₂/R₄. (35)

Тангенс угла потерь конденсатора

Характеристики

Список файлов курсовой работы