ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Все измерительные преобразователи по принципу действия делятся на генераторные и параметрические. Генераторные измерительные преобразователи не требуют внешнего источника питания и в них неэлектрическое воздействие, т. е. входная величина, вызывает в цепи преобразователя электрический ток, т. е. выходную величину. Параметрические измерительные преобразователи требуют внешнего источника питания и преобразуют различные входные величины в выходные величины электрической природы.

Кроме того, все измерительные преобразователи по признаку четности и нечетности функции преобразования делятся на реверсивные и нереверсивные. Реверсивными называются измерительные преобразователи, у которых знак выходной величины изменяется в зависимости от знака входной, т. е. у таких измерительных преобразователей функция преобразования нечетная. У нереверсивных измерительных преобразователей знак выходного сигнала постоянен и не зависит от знака входной величины, т. е. у них функция преобразования четная. Простейшим примером реверсивного преобразователя может служить двигатель постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 5.1.).

Рис. 5.1. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Рис. 5.2. Типовые схемы включения параметрических измерительных
преобразователей: а) последовательная схема включения;
б) параллельная схема включения; в) дифференциальная схема включения;
г) мостовая схема включения; д) дифференциально-мостовая схема
включения (И – источник питания; Б – балластное устройство;
ИП – измерительный преобразователь; Н – нагрузка)

На рис. 5.2. представлены типовые схемы включения измерительных преобразователей. Последовательная и параллельная схемы включения обладают рядом недостатков: 1) нелинейность выходной зависимости от входной; 2) схемы помехонезащищенные; 3) низкая чувствительность.

Этих недостатков лишены дифференциальные и мостовые схемы включения. Основным отличием схемы (рис. 5.2. в) от схем (рис. 5.2. г и
рис. 5.2. д) является неодинаковое число источников энергии (И) и балластных устройств (Б). В дифференциальной схеме требуется два симметричных биполярных источника энергии, что накладывает повышенные требования к ним, т. к. неодинаковость их значений и неодинаковость изменения их параметров во времени приводят к появлению ложного выходного сигнала при отсутствии входного, к так называемому «дрейфу нуля».

Дифференциальные схемы работают на принципе вычитания входного и задающего сигналов:

.

или разности двух входных сигналов для симметричных дифференциальных измерительных преобразователей:

.

Мостовая и дифференциально-мостовая схемы в отличие от дифференциальной характеризуются независимостью «нуля» от изменения параметров источника энергии. Однако, мостовая схема содержит большое число балластных устройств и является менее экономичной. Дифференциально-мостовая схема требует применения дифференциальной симметричной нагрузки (Н). В рассмотренных типовых схемах балластные устройства могут заменятся на другие измерительные преобразователи или выполнять функции управляющих устройств, что может обеспечить повышение коэффициентов преобразования схем, расширение их функций, возможность задания режимов сравнения, возможность умножения сигналов и др. При этом в рассмотренных схемах балластные устройства могут быть другого принципа действия, чем основные измерительные преобразователи. В случае применения генераторных измерительных преобразователей в схемах может отсутствовать источник энергии, т. к. сам измерительный преобразователь выполняет функции генератора (источника энергии), пропорционального входной величине
(рис. 5.3. а).

Существенное расширение возможностей схем обеспечивает замена измерительного преобразователя (ИП) на устройство управления (УУ). Например, вместо генераторного ИП (рис. 5.3. а) может быть добавлен источник энергии (И) и УУ (рис. 5.3. б).

а)                                      б)                              в)

Рис. 5.3. Схемы включения: генераторного преобразователя (а), устройства управления (б), устройства управления с обратной связью (в)

Расширение возможностей измерительных схем с устройством управления обеспечивает введение в них обратных связей (ОС) (рис. 5.3. в). При этом во входную цепь устройства управления подаются два сигнала: основной входной  и сигнал обратной связи .

     Благодаря обратной связи можно различным образом менять свойства измерительных схем, что обусловило их широкое использование. Изменение свойств схем в нужном направлении осуществляется за счет определенного изменения  по отношению к изменению . Если в процессе работы схемы сигналы  и  складываются, то связь называется положительной, если сигналы вычитаются, то обратная связь отрицательная. По характеру изменения  во времени по отношению к  обратную связь делят на жесткую, гибкую и запаздывающую. В случае жесткой обратной связи величина  в любой момент времени пропорциональна величине выходного сигнала, а при гибкой обратной связи  пропорциональна производной во времени от выходной величины, и такая связь называется изодромной. Введением жесткой положительной обратной связи в зависимости от ее глубины (величины ) достигают либо большего усиления , либо релейный режим работы схемы. С применением жесткой отрицательной обратной связи повышается быстродействие и стабильность работы схемы, релейный режим может преобразовываться в непрерывный. При запаздывающей обратной связи схемы могут работать в качестве генераторов импульсов, например, мультивибратор. Для изменения свойств измерительных цепей помимо сигнала  во входную цепь устройства управления может подаваться сигнал смещения, который может быть сформирован от основного источника энергии или от специальных источников смещения.

С помощью сигналов смещения можно получить: максимальный коэффициент усиления, линейную зависимость выходного сигнала от входного сигнала, повышение КПД системы, определенные величины параметров для релейных режимов работы.