Струнный микробарометр (Теоретические сведения, описание и порядок выполнения лабораторной работы № 9), страница 2

   Правда, относительная чувствительность струнных преобразователей довольно низкая, что не позволяет использовать для регистрации частоты стандартные частотомеры. Для повышения относительной чувствительности используется дифференциальный метод измерения. Он заключается в том, что измеряется не сама частота выходного сигнала, а разность между этой частотой и частотой опорного сигнала , которая выбрана постоянной и близкой к величине частоты . Тогда блок-схема измерительной части струнного микробарометра может быть изображена в виде (рис.9.3).

 

   Опорная частота является строго постоянной величиной. Для генерации опорного сигнала  в струнном микробарометре собран специальный опорный кварцевый генератор со сменными кварцами, что дает возможность использовать разные опорные частоты при измерениях. Оба сигнала - измерительный и опорный - подаются на балансный смеситель, который выделяет сигнал с частотой, равной модулю разности . В дальнейшем измеряется именно эта разность частот. Докажем, что при таком методе измерения относительная чувствительность прибора многократно возрастает.

   По определению, относительная чувствительность при прямом измерении равна отношению абсолютной чувствительности к величине выходного сигнала, т.е.:

 .                                            (9.4)

   При относительном методе измерения выходной величиной является разность , следовательно относительная чувствительность такого прибора:

.                

   Выполняя дифференцирование разности  и учитывая, что , получаем:

.                              (9.5)

   С учетом того, что <<, приходим к выводу, что .

2. Устройство струнного микробарометра.

 В комплект прибора входят:

 - первичный преобразователь давления - струнный генератор;

 - счетный пульт;

 - блок питания.

 Первичный преобразователь давления выполнен в виде отдельного блока, который соединяется со счетным пультом и блоком питания гибкими экранированными проводами. Приемником давления служат два малогабаритных сильфона из бериллиевой бронзы (наружный диаметр 14 мм, число гофров - 16). В качестве струны использована вольфрамовая проволока диаметром 0,1 мм и длиной 23 мм. В конструкции преобразователя предусмотрено регулировочное устройство (5, рис.9.1), с помощью которого можно перемещать закрепленный конец одного из сильфонов вдоль оси и таким образом менять натяжение струны.

 Питание струнного генератора осуществляется от отдельного источника напряжением 7,5 В.

 В счетном пульте расположены: кварцевый генератор, резонансные усилители, балансный смеситель и электромеханический регистратор.

 Кварцевый генератор, так же как и струнный, представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Частота, вырабатываемая генератором, определяется параметрами кристалла кварца. В прибора предусмотрено четыре сменных кварца, собственные частоты которых отличаются на 40 Гц. Подбор кварцев осуществляется таким образом, чтобы полностью перекрывался диапазон частот, вырабатываемых струнным генератором при возможных изменениях атмосферного давления. С учетом этого требования собственные частоты кварцев составляют:

 - 1^й кварц - 5000 Гц;

 - 2^й кварц - 5040 Гц;

 - 3^й кварц - 5080 Гц;

 - 4^й кварц - 5120 Гц.

 Из двух кварцев, между частотами которых заключена частота колебаний струны, в качестве рабочего выбирается тот, для которого разность  является наименьшей. Следует, однако, иметь в виду, что слишком малая разность влечет увеличение ошибки измерения, т.к. сама разность не может быть измерена достаточно точно за рекомендуемый интервал времени измерения (100 с). Поэтому рекомендуется соблюдать правило: 5 Гц < < 50 Гц. При > 50 Гц относительная чувствительность прибора уменьшается, а электромеханический счетчик просто не успевает реагировать на импульсы тока.