111-114
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