ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

 

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ВИДЕ

НЕРАВНОВЕСНЫХ МОСТОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Цель работы

Исследование возможности использования мостов постоянного тока для измерения различных неэлектрических величин, способов увеличения чувствительности измерительной схемы и уменьшения погрешности измерения.

 

Содержание работы

Экспериментальное исследование чувствительности и нелинейности функции преобразования мостовых схем с одним, двумя и четырьмя активными плечами (параметрическими преобразователями).

 

Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к работе проводится по следующим направлениям:

· теория мостовых измерительных цепей постоянного тока;

· резистивные преобразователи неэлектрических величин;

· методы обработки экспериментальных данных.

Литература: /9/ С. 82 - 83; / Конспект лекций /.

 

Вопросы для самопроверки

2.17.4.1. Нарисуйте схемы конструкций преобразователей для измерения как можно большего числа разнородных физических величин на основе использования мостовых схем постоянного тока. Напишите для каждого преобразователя функцию преобразования. Устно дайте необходимые пояснения, позволяющие понять принцип действия.

2.17.4.2. Нарисуйте идеализированную схему одинарного четырехплечного моста и напишите выражения для функции преобразования такой измерительной цепи и для расчета ее относительной чувствительности.

2.17.4.3. Нарисуйте эквивалентную мостовую схему с одним рабочим плечом, учитывающую сопротивление нагрузки, источника питания и монтажных проводов.

2.17.4.4. Напишите выражения для функции преобразования неуравновешенной мостовой измерительной цепи с одним рабочим плечом и для расчета ее относительной чувствительности.

2.17.4.5. Перечислите основные требования, предъявляемые к источнику питания моста постоянного тока и нагрузке.

2.17.4.6. Напишите выражения для расчета относительной нелинейности функции преобразования мостовой измерительной цепи. Рассчитайте максимальное относительное изменение сопротивления рабочего плеча, при котором нелинейность функции преобразования достигает 1 %.

2.17.4.7. Укажите, каким образом можно скомпенсировать или уменьшить аддитивные и мультипликативные погрешности в мостовой измерительной цепи, обусловленные влияющими факторами. Проиллюстрируйте ответ схемами и формулами.

2.17.4.8. Укажите, каким образом можно уменьшить влияние сопротивления соединительных проводов на точность измерения. Проиллюстрируйте ответ схемами и формулами.

2.17.4.9. Нарисуйте мостовые измерительные схемы с двумя рабочими плечами, обеспечивающими максимальную чувствительность. Напишите выражения для функции преобразования таких цепей и их относительной чувствительности

2.17.4.10. Нарисуйте мостовую измерительную цепь с четырьмя рабочими плечами, обеспечивающую максимальную чувствительность. Напишите выражения для функции преобразования такой цепи и ее относительной чувствительности. Укажите способы балансировки такой мостовой цепи.

2.17.4.11.Укажите области применения мостовых измерительных цепей с четырьмя рабочими плечами.

 

Порядок выполнения работы

2.17.5.1. После собеседования с преподавателем по теоретической части получите у него необходимые для измерения приборы и оборудование.

2.17.5.2. Изучите инструкции и правила работы с полученными приборами и оборудованием. Занесите в таблицу 2.17.1 основные параметры используемых приборов и оборудования.

2.17.5.3. Составьте мостовую схему с одним рабочим плечом, позволяющую измерять перемещения с помощью тензорезистора.

2.17.5.4. Экспериментальным путем определите функцию преобразования такой мостовой схемы во всем возможном диапазоне перемещений. Эксперимент повторите трижды. Результаты измерения занесите в таблицу 2.17.2

2.17.5.5. По средним значениям результатов трех измерений постройте график функции преобразования измерительной схемы.

2.17.5.6. Составьте мостовую схему с двумя рабочими плечами, позволяющую измерять перемещение с помощью двух тензорезисторов .

2.17.5.7. Аналогично п. 2.17.5.4 определите функцию преобразования такой схемы. Результаты измерений занесите в таблицу 2.17.3.

2.17.5.8. Аналогично п. 2.17.5.5 на том же рисунке постройте график функции преобразования мостовой схемы с двумя рабочими плечами.

2.17.5.9. Составьте мостовую схему с четырьмя рабочими плечами, позволяющую измерять перемещение с помощью четырех тензорезисторов.

2.17.5.10. Аналогично п.п. 2.17.5.4 и 2.17.5. 7 определите функцию преобразования этой схемы. Результаты измерений занесите в таблицу 2.17.4.

2.17.5.11. Аналогично п. 2.17.5.5 и 2.17.5.8 на том же рисунке постройте график функции преобразования мостовой схемы с четырьмя рабочими плечами.

2.17.5.12. Рассчитайте относительную чувствительность каждой измерительной схемы и нелинейность их функций преобразования. Результаты расчетов занесите в таблицу 2.17.5.

2.17.5.13. Проанализируйте результаты измерений и расчетов и сделайте выводы о возможностях применения измерительных цепей в виде неравновесных мостов постоянного тока.

Содержание отчета

Отчет оформляется в соответствии с общими указаниями и должен содержать перечисленные в разделах 2.17.4 и 2.17.5. рисунки, таблицы, формулы и выводы.

 

Таблица 2.17.1 - Технические характеристики используемого оборудования

Название прибора	Тип, марка	Измеряемая (изменяемая или генерируемая величина) ед. изм.	Диапазон измерения (изменения) величин, ед. изм.	Напряжение питания	Класс точности (погрешность)	Прочие характеристики

 

Таблица 2.17.2 - Результаты исследования функции преобразования тензорезистивного преобразователя перемещения, построенного по мостовой схеме с одним рабочим плечом

Схема преобразователя	Перемещение свободного конца чувствительного элемента преобразователя, , мм	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
	Напряжение разбаланса
мостовой схемы
U1, мВ
Среднее значение напряжения разбаланса U1 ср, мВ

 

 

Таблица2.17.3 - Результаты исследования функции преобразования тензорезистивного преобразователя, построенного по мостовой схеме с двумя рабочими плечами

Схема преобразователя	Перемещение свободного конца чувствительного элемента преобразователя , мм	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
	Напряжение разбаланса
мостовой схемы
U2, мВ
Среднее значение напряжения разбаланса U2 ср, мВ

 

Таблица 2.13.4 - Результаты исследования функции преобразования тензорезистивного преобразователя перемещения, построенного по мостовой схеме с четырьмя рабочими плечами

Схема преобразователя	Перемещение свободного конца чувствительного элемента преобразователя , мм	0,5		1,5		2,5		3,5		4,5
	Напряжение разбаланса
	мостовой схемы
	U4, мВ
	Среднее значение напряжения разбаланса U4 ср, мВ

Таблица 2.13.5 - Результаты расчета характеристик исследуемых схем

Тип схемы	Чувствительность	Нелинейность функции
	абсолютная S, ед. изм.	относительная SO, ед. изм.	преобразования , %
Мостовая схема с одним рабочим плечом
Мостовая схема с двумя рабочими плечами
Мостовая схема с четырьмя рабочими плечами