111-114

Comments

Transcription

111-114
MERITVE
7. Enosmerni kompenzatorji
7.1 Osnovna kompenzacijska vezja
Kompenzator je merilno vezje, v katerem enosmerno (merjeno) napetost
primerjamo z znano, ki jo spreminjamo tako, da se napetosti izenačita.
Kompenzirano stanje, enakost obeh napetosti, ugotavljamo z ničelnim
indikatorjem, čez katerega v tem stanju ne teče noben tok. Torej v času odčitavanja
merilnega rezultata merjenec ni obremenjen, kar je pomembna lastnost
kompenzacijskega načina merjenja.
Merilno vezje je lahko izvedeno na dva načina, po Poggendorffovem ali LindeckRothejevem principu. Vezji sta naslednji:
7.1.1 Poggendorffovo vezje
Enakost napetosti UX in IpRk dosežemo tako, da spreminjamo upornost R k z
drsnikom potenciometra tako, da je tok čez ničelni indikator N enak nič. Pomožni
tok I p iz vira U p je konstanten.
U X = I p Rk
(7.1)
Slika 7.1:Poggendorffov kompenzacijski princip
7.1.2 Lindeck-Rothejevo vezje
V tem vezju dosežemo enakost napetosti UX in IpRk tako, da z uporom R
spreminjamo tok I p tako , da je tok čez ničelni indikator enak nič. Upor R k je
konstanten.
U X = I p Rk
(7.2)
111
Merilne metode in laboratorijske vaje
Slika 7.2: Lindeck-Rothejev kompenzacijski princip
V obeh primerih moramo poznati vrednost toka IP, ki ga lahko merimo z
ampermetrom, ki na slikah ni vrisan. Vrednost upornosti Rk pa določimo s posebno
meritvijo, ali pa z odčitavanjem nastavljene vrednosti upora, če je ta izdelan tako,
da je to mogoče. Vsekakor pri taki enostavni izvedbi vezja in merjenju ni mogoče
doseči visokih točnosti. To je omogočeno šele s posebnimi izvedbami preciznih
kompenzatorjev. K merilni negotovosti zaradi pogreškov pri določanju IP in Rk
prispeva tudi negotovost določitve vrednosti nič toka čez ničelni indikator. Zato
ocenimo občutljivost in mejo pogreška, ki jo vnašamo v meritev zaradi tega.
7.2 Občutljivost in meja pogreška kompenzacijskega vezja
Za to obravnavo izberemo vezje s potenciometrskim uporom.
Slika 7.3: Kompenzacijsko vezje s potenciometrom
Za obe označeni zanki lahko s Kirchoffovim zakonom zapišemo
d
i
I p R p + R0 + Rk − In Rk = U p
b
(7.3)
g
− I p R k + I n R k + R N = −U X
Iz teh enačb izračunamo tok I n čez ničelni indikator
In =
d
U pRk −U X R p + R0 + Rk
d
i
Rk R p + R0 + RN R p + R0 + Rk
Tok I n bo nič, kadar bo veljalo
112
d
i
i
.
(7.4)
MERITVE
d
i
U p .Rk = U X R p + R0 + Rk .
(7.5)
Občutljivost kompenzatorja je definirana z
ok =
R p + R0 + Rk
dIn
=−
.
dU X
Rk R p + R0 + RN R p + R0 + Rk
d
i
d
(7.6)
i
Če pa opazujemo končno, še opazno spremembo toka I n , I n m in , za katero lahko
trdimo, da jo povzroča razlika napetosti ∆U X , lahko zapišemo
R p + R0 + Rk
I n m in
.
=−
∆U X
Rk R p + R0 + RN R p + R0 + Rk
d
i
d
(7.7)
i
Iz tega izrazimo mejo pogreška kompenzacijskega vezja
ek =
in
FG ∆U IJ
HU K
X
X
=±
m in
F
GH
d
R R
ie d
I
R +R
R + R + R JK
I n m in
k
U X R p + R0 + Rk
I
ek = ± n m in R N + R k
UX
p
p
p
i
d
+ R0 + RN R p + R0 + Rk
ij
(7.8)
0
0
k
I n m in je podatek, ki ga dobimo z ničelnega indikatorja, RN je skupna upornost
merjenca UX in ničelnega indikatorja, ostalo so znane upornosti v pomožnem
tokokrogu.
Meja pogreška kompenzacijskega vezja mora biti dovolj majhna. Nanjo vplivamo z
izbiro ničelnega indikatorja in z ostalimi elementi v vezju.
7.3 Samodejno digitalno kompenzacijsko vezje
Kompenzacijski princip delovanja je izvedljiv tudi v digitalni tehniki, pri čemer se
kompenzirano stanje vzpostavi samodejno. Pomembne komponente pri takem vezju
so
•
•
•
•
primerjalnik,
digitalno analogni pretvornik,
števec in
digitalno krmilno vezje.
Princip samodejnega kompenzacijskega vezja je prikazan na sliki 7.4.
Primerjalnik K primerja merjeno napetost UX in kompenzacijsko napetost UK.
Glede na velikost in predznak njene razlike ∆U se na izhodu primerjalnika
vzpostavi stanje 0 (0V) ali 1 (+15V). Digitalno analogni pretvornik (D/A) nastavlja
napetost UK tako, da doseže razlika ∆U = UX - UK manjšo vrednost, kot je
napetostna stopnica signala iz D/A pretvornika. D/A pretvornik je krmiljen s
števcem, ki šteje naprej ali nazaj, odvisno od izhodnega stanja primerjalnika.
Posledica tega je nihanje rezultata za en kvant (napetostna stopnica U0) oziroma
med Umin in Umax. Napetost UX leži znotraj intervala Umax - Umin.Vezje deluje
zadovoljivo, če spremembe napetosti UX niso prehitre glede na hitrost delovanja
D/A pretvornika. Ta lastnost je prikazana na časovnem poteku signalov na sliki
7.5. V intervalih 1 in 4 se merjena napetost UX prehitro spreminja in ji UK ne more
slediti.
113
Merilne metode in laboratorijske vaje
Slika 7.4: Princip delovanja samodejnega digitalnega kompenzacijskega vezja
V intervalu 2 je primerno sledenje, v intervalih 3 in 5 pa je napetost UX
konstantna, oziroma 0 , kar povzroči preklapljanje števca za eno napetostno
stopnico okoli določenega nivoja napetosti UX.
Slika 7.5: Časovni potek signalov pri delovanju samodejnega digitalnega
kompenzacijskega vezja
114