Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 27

На рис. З.ЗО(с) в качестве примера автоматической компенсации I- величины показана схема усилителя «ток-напряжение» (часто неправильно называемого усилителем тока). В предположении крайне больших значений входного сопротивления Rі и коэффициента усиления А даже малая разность токов ∆I вызвала бы большое напряжение на входе усилителя, которое после усиления



3.3 Обработка сигнала    


Рис. 3.30 Автоматическая компенсация, (а) Компенсация V-величины Vt и (b) соответствующая блок-схема, (с) Компенсация I-величины Ii и (d) соответствующая блок-схема.

появилось бы на выходе, имея еще большую величину. Поскольку величина V0 ограничена напряжением источника питания, входное напряжение и разностный ток ∆I будут очень малыми, то есть будет выполняться приближенное равенство 1а II. Компенсирующий ток, создаваемый выходным напряжением, имеющимся на резисторе R2, равен 1а = v0/r2 . При указанных на рис. З.ЗО(с) полярности напряжения V0 и направлении тока Ii , коэффициент передачи равен R2 . Соответствующая блок-схема усилителя, приведенная на рис. 3.30(d), подобна блок-схеме на рис. З.ЗО(d). В обоих случаях компенсация входной величины выполнена с применением отрицательной обратной связи. В структурных схемах на рис.3.29(b) и 3.29(d) также можно увидеть петлю обратной связи, правда там частью прямой ветви является человек-наблюдатель. В случае автоматической компенсации человек-наблюдатель/оператор заменен системой с очень большим коэффициентом петлевого усиления. Обратную связь можно считать разновидностью непрерывной автоматической компенсации. Здесь компенсация осуществляется не однократно или в отдельные моменты времени, а происходит непрерывно.

3.3.3. Измерительные мосты

При обсуждении методов измерения в главе 2.2 мы видели, что мостовой метод часто применяется для измерения или сравнения импедансов. Эти импедансы  могут  быть  также   обобщенными   или неэлектрическими.   Пример


Измерительные приборы в электрических измерениях____________

механической мостовой системы приведен на рис. 3.31. Массы т и т' подвешены на двух демпфированных пружинах. Бруску, на котором закреплены пружины, придается скорость V. Разность между скоростями масс Vd измеряется индуктивным датчиком скорости (см. раздел 3.2.1). Массой этого датчика можно пренебречь. Эквивалентная схема, приведенная на рис. 3.31(b), показывает, что эта конструкция состоит из двух систем «пружина с грузом», подстраиваемых одна под другую (как это делается, например, при регулировке подвески в автомобиле).

Рис. 3.31. (а) Механическая мостовая конструкция. Разность скоростей масс т и m' преобразуется в электрический выходной сигнал моста. (Ь) Эквивалентная схема моста, изображенного на рис. (а). V - скорость на входе моста.

Другим примером является конструкция теплового моста, показанная на рис. 3.32. Области, заполненные точками, обладают тепловым импедансом, равным Z = ∆T/Ih , где Ih — тепловой поток через образец. К сожалению, тепловой поток довольно трудно измерять, поскольку трудно непосредственно измерить Z, следуя приведенному определению. Поэтому неизвестный тепловой импеданс Z1 , в конструкции на рис.3.32 сравнивается с тремя известными тепловыми импедансами Z2, Z3 и Z4. Если к мосту прикладывается синусоидальное воздействие ∆Т и разность температур (измеренная термопарой) равна нулю, то Z1 можно представить в виде функции от Z2, Z3, Z4 и частоты возбуждения.

В общем случае измерение импедансов основано на применении мостовой схемы с тремя известными и одним неизвестным импедансом. Один или более из известных импедансов регулируемые. На рис. 3.33 показано, что мостовую схему можно рассматривать как четырехполюсник. Входное напряжение Vi равно напряжению источника питания, а выходное напряжение — напряжению на детекторе. Если внутренний импеданс источника питания пренебрежимо мал по сравнению с (Z1 +Z4)||(Z2 + Z3), а импеданс нуль-детектора много больше, чем (Z1 ||Z4)+(Z2 ||Z3), то легко найти выражение для коэффициента передачи схемы.