2.2. Анализ цепей предварительного преобразования

Цепи вторичного преобразования применяются в случае, если мощность преобразователя недостаточна для эффективного приведения в действие выходного измерительного механизма.

Состав цепи определяется видом преобразователя. В данной работе используется параметрический преобразователь. В приборах с таким преобразователем цепь вторичного преобразования состоит из цепи предварительного преобразования и согласующей цепи (рисунок 5). Цепи предварительного преобразования выполняют в виде делителей напряжения или мостовых неуравновешенных цепей.

2.2.1. Анализ цепей с делителем напряжения

Делитель напряжения – это два последовательно соединённых резистора, на которых входное напряжение делится пропорционально сопротивлению этих резисторов. Падение напряжения на одном из них используется в качестве выходного напряжения. Цепи предварительного преобразования в виде делителя напряжения выполняются с одним или двумя преобразователями.

Рис. 11. Схема делителя напряжения с одним преобразователем

Рис. 12. Схема делителя напряжения с двумя преобразователями

В разделе 1 был выбран параметрический проводниковый преобразователь. Он является однонаправленным, так как его сопротивление под действием температуры изменяется только в одном направлении (возрастает при увеличении температуры и падает при её уменьшении). Это значит, что возможно использование цепи только с одним преобразователем. Для использования цепи с двумя преобразователями нужно включить эти преобразователи в противофазе, то есть сопротивление одного из них при воздействии неэлектрической величины должно увеличиваться, а другого – уменьшаться, но в нашем случае это невозможно.

В цепи с одним делителем напряжения функция преобразования нелинейная, что ограничивает рабочий диапазон (перенесено в конец).

Мощность преобразователя находится по формуле: , где – допустимое напряжение на преобразователе. Отсюда найдём допустимое напряжение на преобразователе:

Сопротивления резистора и преобразователя принимаем равными, так как в этом случае обеспечивается максимальная чувствительность цепи.

В этом случае и напряжения на резисторе и преобразователе (при номинальном значении его сопротивления) равны:

Допустимое напряжение питания равно сумме напряжений на резисторе и преобразователе:

Полученное значение округляется в меньшую сторону в 1,25…1,5 раза, чтобы исключить случайное превышение допустимой мощности и перегрев преобразователя:

Выбираем удобное целое значение:

Мощность, потребляемая цепью:

Мощность источника питания принимается в 1,5…2 раза больше мощности, потребляемой цепью.

Возможная мощность источника питания:

Выбираем мощность источника питания 0,05 Вт.

Погрешность резистора принимаем равной погрешности преобразователя:

Погрешность преобразования цепи находится по формуле:

, суммируем составляющие геометрически:

Погрешность источника питания выбираем в 2 раза меньше, чем погрешность преобразователя, чтобы её влияние на результат было таким же, как и погрешности преобразователя:

Погрешность преобразования цепи:

Найдём минимально и максимально возможные значения выходного напряжения цепи.

Минимальное и максимальное сопротивления преобразователя были найдены в 2.1:

Сила тока при минимальном сопротивлении преобразователя:

Значение выходного напряжения цепи при минимальном сопротивлении преобразователя:

Сила тока при максимальном сопротивлении преобразователя:

Значение выходного напряжения цепи при максимальном сопротивлении преобразователя:

Получили, что минимальное значение выходного напряжения цепи а максимальное

Цена деления была определена в 2.1: .

Минимальное показание прибора:

.

Максимальное показание прибора:

.

Примерное положение стрелки при минимальном и максимальном значениях измеряемой величины показано на рисунке 13.

Рис. 13. Примерное положение стрелки шкалы прибора при минимальном и максимальном значениях измеряемой величины при использовании измерительной цепи с одним делителем напряжения

Видно, что стрелка находится в левой части шкалы, что плохо сказывается на точности измерений, как и то, что задействуется совсем небольшой участок шкалы – 5 делений из 150.

Функция преобразования последовательной цепи нелинейная, что ограничивает рабочий диапазон и создаёт разную чувствительность на разных участках шкалы.

Найдём погрешность и чувствительность устройства при применении измерительной цепи с одним делителем напряжения.

Погрешность устройства:

Найдём погрешность измерительного механизма.

При минимальном показании прибора:

При максимальном показании прибора:

Для расчёта погрешности устройства используем максимально возможную погрешность измерительного механизма.

Погрешность устройства:

что превышает требуемую погрешность, равную 1,5 % (у всех разная!!!).

Чувствительность устройства разная слева и справа от номинального значения выходного напряжения цепи, поэтому найдём это значение:

Показание шкалы при номинальном значении выходного напряжения цепи:

Чувствительность на левом участке шкалы:

Чувствительность на правом участке шкалы:

Погрешность устройства большая, а чувствительность маленькая, значит, цепь с одним делителем напряжения не подходит.