Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 16
Текст из файла (страница 16)
(,, ~ ~ ~ МЬ М4 ~н(®! + 1~2)( п3 + н4) Ж + н2)% + ~4) Зависимость У,ы„= ~(Л) описывает функцию преобразования мостовой схемы Уитстона. Чувствительность моста 5 максимальна в положении раи!овесия, когда Л! = !т2 и Я3 = Р4. Для упрощения процедуры измере- 75 2.2. Измерии~ельные схемы дитчиков Данное свойство позволяет компенсировать воздействия влияющих факторов, в том ~исл~ температурных изменений. При .дифференциальном включении плечи моста состоят из одинаковых ЧЭ, изменения сопротивлений которых в смежных плечах попарно противоположны, т.
с. ЬР~ — — — ЛЯ~„~Из —— — ~М4. Тогда при линейных характеристиках ЧЭ напряжение разбаланса будет линейно зависеть от изменений этих сопротивлений: ~ЬМ2 + ~Из) выл и при ЬЯ2 — — ЬМз — — ЛМ функция преобразования имеет вид и =Š—. ЛА вых о вых Рис. 2.13.
Зависимость разбаданса моста от изменсния сопротивления одного нз его плеч (а), а также способы линааризации функции преобразования ® н компенсации аддитивной погрешности (а) 2, Элементы ииформациоккых сисвем Если же ЧЭ имеют нелинейные характеристики, то их дифференциальное включение в мостовую схему уже не обеспечит линейности функции преобразования и ес принимают квазилинейпой, т. е. л~н~ЙноЙ на интервал~ (О, +О,7У,„„П,. ).
Этого вполне достаточно для инженерных расчетов, однако такая схема не гарантирует полной компенсации влияющих факторов. Так, для схемы моста с четырьмя идентичными ЧЭ имеем '-Ж 5чэ~х+ 5д М ~2 5чэ~~х+ 58'М ~3 5чэ'~~х+ 5уМ~~ ~4 = -5чэ~-~х+ 5г~М~ и общее выражение для У„принимает вид Видно, что напряжение У„,„пропорционально изменению только измеряемой величины, но чувствительность схемы 5 = У,ы„/Лх зависит от влияющего фактора я.
Чаще всего влияющим фактором является температура Т. Ее изменение Лд = ЛТ = Т вЂ” То, где То — температура при равновесии моста, когда сопротивление каждого ЧЭ равно Ро. Чувствительность к этому фактору 5 = ЖИЬТ = а~Ко, где а~ — температурный коэффициент сопротивления ЧЭ. В этом случае напряжение разбаланса Линеаризовагь функцию преобразования можно, включив последовательно с источником питания резисторы с сопротивлением И2 ~рис.
2.13, 6), изменение которых с температурой корректирует напряжение питания моста таким образом, что чувствительность всей схемы остается постоянной. Так, если в диапазоне температур, в которых используется схема, тепловые колебания вызывают изменения сопротивлений схемы и источника вида И„(Т) = ЯЛО ВО + ирЛТ) и ЯТ) = 50~1+ а~ЬТ), то напряжение У„„,„не зависит от Т, если для сопротивления источника Я справедлива зависимость (Х~ — О~ дΠΠ— О~~ где а — температурный коэффициент сопротивления источника питания; и~ — температурный коэффициент чувствительносги ЧЭ.
Номинальные сопротивления ЧЭ во всех плечах моста, как и их температурные коэффициенты, никогда не оказываются строго идентичными. По- 2,2, Измерительные схемы датчиков этому даже при отсутствии измеряемой величины наблюдается отличное от нуля напряжение разбаланса, зависящее от.температуры. Это напряжсние называется сдвигом, или дрейфом, нуля. Оно образует аддитивную погрешность, входящую в результат измерения.
Коррекция дрейфа нуля осуществляется включением в смежные плечи моста двух резисторов: Ю~- и В (рис. 2.13, в). Сопротивление первого зависит от температуры, при этом знак его изменения противоположен знаку изменения температуры. Сопротивление второго не зависит от температуры и служит для симметрии сопротивлений плеч моста. 2.2.3. Генервторные измерительные схемы Здссь О~ — добротность катушки индуктивности, О~ = Ефйр / Н~,. (ор — — 2тЯ; К~ — активное сопротивление катушки индуктивности. В большинстве случаев О~ >>1, поэтому для обоих контуров 2 как и в параметрических, исЧаще всего ЧЭ работают в лив зависимости от типа ЧЭ для В генераторных измерительных схемах, пользуют различные способы линеаризации. нейной зоне, т.
е. М,«Ер и ЬС<<Ср.Тогда соответствующих изменений часготы Яр пол учаем ф'1Др ---Ы.12Ер или ф'/ ~р — — — ЬС/2Ср, т. е. ~ =Я1 — ЬХ,/2Ер)или ~ =Я1 — ЛС!2Ср). Пусть измеряемая величина х изменяется относительно значения хр по гармоническому закону с частотой оз и амплитудой колсбапий х, т. е. В датчиках, использующих геиераториые измерительные схемы, источники модулируемого сигнала обычно устроены по схеме синусного генератора.
Если ЧЭ входят в состав генератора, то вариации их импедансов под действием измеряемой величины влияют на частоту его колебаний, В общем случае частота генерации сигнала соответствует резонансной чистоте контура, состоящего из катушки индуктивпости Ер и конденсатора емкостью Ср, соединенных в зависимости от схемы последовательно или параллельно. Поскольку на резонансной частоте Др сопротивление контура оказывается чисто активным, для последовательного и параллельного контура справедливы, соответственно, следующие выражения: 2. Элементы ииформационньп еисмеч х(») = хо+ х1 соя»о».
Тогда, как было показано ранее, ЛИу) = 5» х1 созе» (аналогично ЛС(») = Ясх1 совою). Мп»овенное значение частоты генератора будет определяться выражением Д») = У,~1-~~, созе»), где А = АС» 2Ео или ЛС/2СО в зависимости от типа ЧЭ. Частота генератора модулируется по закону х»',»). Для выходного напряжения генератора У„„,„в общем случае справедлива запись У„,„= 8 яп ф»)„ где <р (») — мгновенное значение фазы генератора. Поскольку при модуляции в каждый момент времени 1»(р/д» = со(») = 2710»)„то фу) =.~ш(~)нг = ъ~~»Яй, а, следовательно, Таким образом, на выходе генератора У„,„=йь1п 2лД» — — япа» Ь~~ Это выражение можно рассматривать как функцию преобразования генера- торной схемы.
Иногда используют другую запись: О~,„= 8 йп(ео» вЂ” К, яп оМ), где к, = »»иох~ 1'о) — параметр, называемый коэффициентом частотной модуляции. Функция преобразования генераторной схемы является нелинейной. Гснераторныс измерительные схемы часто используют в многоканальных информационных системах (рис. 2.14). В этом случае сил»ал каждого ЧЭ (или датчика в целом) модулирует свою частоту, которая получила название поднссущей; Совокупность промодулированных таким образом сигналов. модулирует затем общую несущую частоту оп.
В заключение рассмотрим особенности частотной характеристики измерительных цепей. Выходной сигнал измерительной цспи характеризуется спектром частот, который зависит, во-первых, от спектра частот измеряемой величины и, во-вторых, от возможностей самого информационного канала передать ее значение без искажения. Следовательно, измерительная цепь обладает собственной полосои* пропускания 8, т.
е. совокупностью частот, которые могут быть переданы через тракт измерений. Чтобы передать 2.2. Излгеригггельные схемы дагггчикое информацию без искажений, полоса 1 2 3 4 пропускания измерительной цепи должна быть шире диапазона частот 1 1! (вз!) взо спектра еипгала. Обычно измеряемую величину х с периодом Т представляют Г2 (а,) в виде ряда Фурье ---- бесконечной по- 2 ~ С следователыюсти гармонических составляющих с амплитудами х„и частотами пгв!~, где п --- целое число, оз = " 1«англ) =2гтггТ вЂ” основная частота (первая гар- Рис. 2Л4. Многоканальная генерамоника) сигнала. Абсолютно точное торная измерительная схема: представление функции х таким рядом 1 — датчик; 2 — генератор; 3- — смстребует бесконечно большого числа ситель; 4 — генератор несугдсй часгармоник (и = со) или бесконечно широкой полосы пропускания канала преобразования информации.
Ограничение спектра приводит к искажению сигнала; максимальная величина этого искажения определяется числом гармоник, которое сохраняется в процессе преобразования сигнала. Если сигнал можно представить в виде послсдовагелыюсти прямоугольных импульсов длительностью т и периодом Т >> т,то допустимая ширина спектра измерительной цепи пропорциональна 1/т.
1.1апример, для т = 1 мкс верхняя граничная частота спектра преобразователя составит 1 МГц. В соответствии с изложенным для уменьшения частотных искажений целесообразно использовать измерительные схемы постоянного тока. 2.3. Измерительные усилители Для большинства параметрических датчиков характерно объединение ЧЭ с помощью суммирующих схем, в качестве которых чаще всего используют измерительные мосты, обладающие высокой линейностью и номсхозащищепносгью.
Преобразование дифференциального выходного сигнала мостовой схемы в стандартный унифицированный сигнал осуществляется с помощью измеритезгьных усилипгедей ! ИУ), содержащих дифференциальные первичные каскады . В настоящее время операционные усилители (ОУ) в информационных системах вытесняют дискретные транзисторные усилители и практически Первые ИУ появились в середине 60-х годов ХХ в., но но своим показателям они существенно уступали транзисторным усилителям. Самой ула нгой разработкой явилась микросхема !гЛ 709 фирмы Ра!гейбл (США), с которой началось первое поколсние операционных усилителей.
В !968 г, появилась микросхема 1.М !О! фирмы Ха!гона! Бсгпгсопйкгог (С!!!Л), озйаменовавгная появление онсраниогпн,гх усилителей второго поколения. Дальнейшее их развитие было направлено на увеличение быстродействия и стабильности параметров. Первыми усилителями с программируемыми свойствами были микросхемы !.М 4250. 2. Элементы информационньп смете и по всем показателям, кроме мощности, превосходят их. Обычно подобные устройства используют в качестве первого каскада усиления в измерительных цепях датчиков. Задачей ИУ является нормализация сигнала, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
