 |
Потенциометрическая схема с резистивным датчиком
|
|
|
|
На рис. 1 показана потенциометрическая схема с резистивным датчиком. Датчик с изменяющимся сопротивлением Rc, включенный последовательно с резистором постоянного сопротивления R 1, питается от источника с внутренним сопротивлением Rs, эдс которого es постоянна или переменна.
Рис. Потенциометрическая схема включения резистивного датчика
Выходное напряжение Um, измеряемое на выходе датчика прибором с входным сопротивлением Rd, равно
Напряжение на выходе датчика не зависит от используемого измерительного прибора при условии, что у того входное сопротивление существенно больше сопротивления датчика (Rd ≫ Rc). Напряжение в этом случае равно
то есть является нелинейной функцией от Rc.
В настоящее время, когда в системах измерения используются процессоры, нелинейность легко устраняется программными способами во время обработки сигнала. Тем не менее, в измерительной схеме всегда предпочтительнее иметь линейную зависимость выходного напряжения от Rc. Рассмотрим способы повышения линейности характеристики потенциометрической схемы.
1. Работа на малом участке характеристики датчика при соблюдении условия
Δ Rc ≪ Rc 0 + R l + Rs,
где Rc 0 – начальное значение сопротивления Rc при отсутствии измеряемой величины;
Δ Rc – приращение сопротивления Rc, вызванное измеряемой величиной.
Приращение напряжения в этом случае с точностью до малых величин второго порядка линейно зависит от Δ Rc
2. Питание схемы от источника тока (Rs >> Rc 0+ R 1).
Характеристика при этом также линейна:
Δ Um = is Δ Rc, где is = es /Δ Rc.
3. Использование дифференциального включения датчиков. При этом вместо постоянного резистора R 1, включают второй идентичный датчик с обратной характеристикой по отношению к первому датчику. Знаки приращений сопротивлений датчиков 1 и 2 под действием измеряемого параметра должны быть различны:
|
|
|
R с = Rc 0 + ∆ Rс;
R 1 = Rc 0 – ∆ Rс.
При полной идентичности характеристик датчиков 1 и 2 имеем линейную зависимость
Потенциометрическая схема проста, но имеет два существенных недостатка:
- значительная начальная составляющая в выходном сигнале, которую надо учитывать;
- низкая точность измерения приращения Δ Um, что является следствием первого недостатка.
Рассмотрим в качестве примера потенциометрическую схему с термометром сопротивления, который при 0 оС имеет сопротивление R 0 = 100 Ом, измерительный ток равен 1 мА. Измеряем температуру 20 оС.
При 0 оС на выходе потенциометрической схемы будет напряжение 100 мВ, при 20 оС – 108 мВ. Иными словами нам необходимо измерить полезное напряжение 8 мВ, на фоне бесполезного начального сигнала 100 мВ.
Для измерения напряжения 108 мВ необходимо использовать вольтметр с верхним пределом измерения не менее 200 мВ. Предположим, что погрешность вольтметра равна 0,1 % от верхнего предела измерения, то есть 0,2 мВ. Погрешность измерения полезного сигнала 8 мВ также будет равна 0,2 мВ, что составит 0,2∙100/8 = 2,5 %.
Существенно повысить точность позволяют мостовые схемы. Важнейшим преимуществом мостовой схемы является то, что она обеспечивает на выходе полезный сигнал без начального уровня. В рассмотренном выше примере на выходе мостовой схемы будет напряжение 0 мВ при 0 оС и 8 мВ при 20 оС. При этом вольтметр будет использоваться на пределе измерения 20 мВ, абсолютная погрешность составит 0,02 мВ. Соответственно погрешность измерения полезного сигнала будет в 10 раз меньше, чем у потенциометрической схемы.
Вследствие этого для резистивных датчиков в подавляющем большинстве случаев используется мостовая схема включения.
|
|
|
|
|
|
