Электрические сигналы

Электрические сигналы, вырабатываемые датчиками, в большинстве случаев имеют недостаточные напряжение и мощность для того, чтобы их можно было подать непосредственно на измерительное или регистрирующее устройство.

Поэтому они должны быть предварительно усилены до необходимой величины. К сожалению, из-за большого разнообразия процессов (статический, статодинамический или динамический) и диапазона напряжений сигналов и внутренних сопротивлений датчиков ограничиться одним типом усилителя не представляется возможным.

Поэтому в практике измерений применяют различные усилители, учитывающие те или другие особенности. Схемы и приборы для измерения статической деформации. Как указывалось, для измерения деформации в основном применяются тензорезистивные преобразователи, включенные по схеме полумоста или полного моста, в диагональ которого включается измерительное устройство, служащее одновременно индикатором баланса. Питание моста может производиться как постоянным, так и переменным током.

Последнее более предпочтительно, особенно, если усилитель имеет не один, а несколько каскадов. Поскольку в измерителях статической деформации используются схемы равновесного моста, то баланс моста определяется по минимуму сигнала, а величина относительной деформации определяется по лимбу, связанному с движком реохорда и калиброванному в единицах деформации. Для повышения чувствительности индикатора в схему добавляется усилитель постоянного или переменного тока (в зависимости от питания моста).

Приборы для измерения статических и статодинамических процессов. Значительно сложнее обстоит дело с усилением сигнала, в котором наряду с постоянной компонентой имеется еще значительная динамическая составляющая, уровень которой может достигать (или даже превышать) уровень постоянной составляющей. В этом случае применяют либо усилитель постоянного тока, либо вводят модуляцию. Все усилительные каскады собраны на полупроводниковых триодах.

С нагрузки последних каскадов (резисторы сопротивлением 80 ом) усиленный сигнал подается на вибратор или миллиамперметр с нулем в середине шкалы (служащий указателем баланса). При работе с указанным вибратором усилитель имеет следующие характеристики: коэффициент усиления по току 60 дб; входное сопротивление-600 ом; максимальный выходной ток 4 ма; дрейф нуля за 1 ч не превышает 0,1 ма. Необходимо иметь в виду, что балансировка и стабильность подобного усилителя существенно зависят от подбора транзисторов: последние должны иметь не только одинаковую величину р, но по возможности и одинаковую зависимость изменения параметров от температуры. Из-за сложности и нестабильности усилителей постоянного тока (особенно при большом коэффициенте усиления) для усиления статодинамических сигналов используются преимущественно системы с амплитудной модуляцией. Модуляция сигнала обеспечивается за счет применения для питания моста переменного тока относительно высокой частоты.
Источник: world-of-radio.ru

Работа термистора в мостовой схеме

Условия установившегося режима достигаются тогда, когда сопротивление термистора будет таким, при котором два вышеприведенных выражения для 0 будут равны друг другу. Точка пересечения двух кривых зависимости U от Я, построенных по уравнениям, определит значения R и U, соответствующие установившемуся режиму.

В зависимости от того, какая из кривых будет иметь большую крутизну в точке пересечения, условие установившегося режима может быть устойчивым или неустойчивым. Однако в большинстве мостовых схем эквивалентное напряжение и сопротивление источника постоянного тока термистора таковы, что установившийся режим является стабильным, и получается только одна точка пересечения этих двух кривых.

Сопротивление о должно быть достаточно большим, чтобы ограничить величину тока до значения, меньшего того, при котором происходит перегорание термистора. Максимальное напряжение на характеристике термистора обычно называют напряжением "горба". Определение этого максимального значения напряжения представляет интерес при расчете мостовых схем с непосредственным отсчетом, работающих от батареи при низких температурах. Для обеспечения большого срока службы батареи и получения ее минимальною веса желательно использовать в таких ваттметрах низковольтные сухие батареи.

Однако э. д. с. батареи должна быть достаточно большой для обеспечения подачи на термистор напряжения, превышающего при самых низких температурах величину максимального напряжения (напряжения горба), так как рабочее сопротивление почти всегда меньше той величины, которая соответствует максимальному напряжению (напряжению горба). При условии, если напряжение на термисторе достаточно "смещено" за напряжение горба, величина, вычисленная по уравнению, должна быть больше, чем величина, определенная по уравнению.

Если же первая величина не больше второй, то мост сбалансировать невозможно. Интересно отметить, что если по этой причине мост не может быть сбалансирован, то, повысив температуру термистора, можно осуществить баланс моста. Повысить температуру термистора можно, например, охватив плотно термисторную головку голой рукой. Полученное равновесие моста сохранится и после того, как температуре упадет до своей первоначальной величины.

Иначе говоря, в случае если напряжение батареи недостаточно для того, чтобы осуществить балансировку моста при пониженной температуре, эта багарея оказывается в состоянии поддерживать равновесие моста, если оно ранее уже было достигнуто. Если термистор работает при очень большом сопротивлении, сбалансировать мост при высоких температурах оказывается невозможным. Например, кривая для термистора при температуре показывает, что нельзя произвести балансировку моста, предназначенного для работы с термистором при сопротивлении Е 700 ом.
Дальше...

Применение делителей мощности

Хотя водяная нагрузка несомненно обеспечивает возможность абсолютных измерений мощности, громоздкость и неудобство соединенной с ней водонесущей системы заставляют применять ее, главным образом, в лабораториях.

Следовательно, значительный интерес представляют другие методы измерения большой мощности, и особенно те из них, которые пригодны для применения в поле, где простота принципа, прочность и портативность конструкции столь же важны, как и точность ее. Часто вместо водяной нагрузки применяются болометрические мостики малой мощности в сочетании с градуированными аттенюаторами или делителями мощности. Аттенюатор высокой мощности применяется редко вследствие того, что его градуировку трудно сделать независимой от температуры или величины мощности.

Широкое применение находят делители мощности, в которых большая часть мощности рассеивается в хорошо согласованной нагрузке, а малая часть ее измеряется ваттметром малой мощности. Деление мощности может быть осуществлено при помощи различных устройств, например, одиночного элемента связи, двойного элемента связи, направленного ответвителя и регулируемого делителя мощности. Одиночный элемент связи может быть выполнен в виде емкостного зонда, индуктивной петли связи или отверстия в стенке волновода.

Связь может изменяться вращением петли или изменением глубины погружения зонда. Метод одиночного элемента связи требует хорошего согласования оконечной нагрузки, чтобы избежать недопустимых ошибок при экспериментальном определении коэффициента связи и чрезмерной зависимости коэффициента связи от частоты. Но даже при совершенном согласовании нагрузки можно ожидать медленного изменения связи с изменением частоты. Далее, связь должна быть достаточно слабой, чтобы элемент связи не создавал существенного отражения в линии.

Если все измерения мощности проводятся не на калибровочной частоте, применение одиночного элемента связи не рекомендуется. Двойной элемент связи Состоит из двух идентичных одиночных элементов, расположенных на расстоянии друг от друга. При таком расположении ошибка, вызываемая рассогласованием нагрузки, имеет минимальное значение, а отражения от отдельных элементов связи взаимно уничтожаются. Мощность от каждого элемента связи поступает к детектору; в индикаторной цепи комбинируются выходные напряжения детекторов.

Существует много типов направленных ответвителей, могущих иметь самый различный коэффициент связи. Коэффициент связи направленных ответвителей не регулируется, но между направленным и болометрической головкой можно включить градуированный аттенюатор, рассчитанный на малую мощность. Направленные ответвители некоторых типов имеют желательную характеристику связи в широкой полосе частот, а также достаточно высокую направленность для того, чтобы коэффициент связи не зависел от к. с. в. н. оконечной нагрузки.
По материалам uniy-elektronik.ru