Измерительные цепи для резистивных датчиков. Общие положения.
Датчики физических величин на основе резистивных чувствительных элементов, резистивные датчики, являются, пожалуй, наиболее распространёнными. В данных датчиках измеряемая физическая величина преобразуется в изменение электрического сопротивления. Задача измерительной цепи заключается в преобразовании значения электрического сопротивления в электрический сигнал – напряжение или ток.
В связи с разнообразием резистивных датчиков и различными областями их применения различаются и измерительные схемы для них. В случаях, когда измеряемая физическая величина приводит к небольшому изменению электрического сопротивления, используются, так называемые, мостовые схемы.
Мостовые измерительные схемы для резистивных датчиков
На рис. 10.1 изображена мостовая схема для резистивного датчика.
Рис.10.1. Мостовая схема для резистивного датчика 
В данной схеме физическая величина f воздействует на резистивный элемент , изменяя его сопротивление таким образом, что бы 
, где 
пропорционально воздействию физической величины 
, а 
– относительное изменения сопротивления R. В данной схеме различают питающую диагональ – точки с, d и измерительную диагональ – точки а, b. Сопротивления 
, 
, 
, 
– плечи моста: , и , – смежные плечи моста, , и , – противоположные плечи моста. Выходным напряжением схемы является разность напряжения в измерительной диагонали 
. В общем виде при условии холостого хода в измерительной диагонали можно найти:
|
|
|
; 
,
соответственно, 
будет равно:
.
Обычно мостовая схема строится исходя из следующих соотношений:
, 
. Тогда
или
.
Из последнего выражения видно, что выходное напряжение зависит от относительного изменения сопротивления резистивного элемента 
, однако, это изменение нелинейно, в знаменателе присутствует слагаемое с 
. Кроме того, нелинейность проявляется тем меньше, чем больше отношение 
, называемое отношением моста, но при этом уменьшается чувствительность. Обычно для обеспечения приемлемых требований по чувствительности и нелинейности используют отношение моста равным 1, т. е. 
. При этом выходное напряжение имеет вид:
.
Нелинейность мостовой схемы можно оценить следующим образом. Поскольку относительное изменение 
под действием преобразуемой физической величины много меньше единицы, то с точностью до величины второго порядка малости 
выражение для выходного напряжения можно записать в следующем виде:
.
Второе слагаемое в круглых скобках как раз и характеризует нелинейность. Например, если изменение 
, то нелинейность преобразования будет равна 
, а выходной сигнал, например, при питании схемы десятью вольтами, 
, будет равен:
|
|
|
.Зачастую такого напряжения оказывается недостаточно для дальнейшего преобразования физической величины. Увеличивать чувствительность за счёт увеличения напряжения питания 
, как правило, не удаётся, поскольку при этом в резистивном чувствительном элементе увеличивается рассеиваемая электрическая мощность, что может привести к нарушению его метрологических и эксплуатационных характеристик.Кроме невысокой чувствительности и нелинейности преобразования в мостовых схемах имеется ещё один недостаток – это конечное выходное сопротивление. Для схемы, представленной на рис. 10.1. 
равно 
или с учётом отношения моста, равного 1, 
.Для устранения перечисленных недостатков используются мостовые схемы с использованием операционных усилителей – активные мостовые схемы.
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 263; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!