Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf

ента ' передачи выходной цепи; б; = АK-JKi — нестабильность ко­ эффициента усиления усилителя тока.

Основным недостатком простейшей схемы гальванометра яв­ ляется зависимость погрешности от коэффициента усиления, ко­ торый может меняться в довольно широких пределах. Входная

прежде всего относятся: сниже­ ние погрешности, повышение входной проводимости и увеличение быстродействия. Все способы повышения метрологических харак­ теристик электронных гальванометров основаны на применении

Рис. 1-9. Автокомпенсационныіі гальванометр с уси­ лителем тока: а — структурная схема; б — эквива­ лентная схема

обратной связи. Изменение характеристик гальванометра зависит от глубины обратной связи.

При построении автокомпенсационных гальванометров наиболь­ шее распространение получили схемы с параллельной отрицатель­ ной обратной связью и измерением выходного тока или напряже­ ния. В некоторых случаях применяется положительная обратная связь (например, для повышения быстродействия).

В простейшем автокомпенсационном гальванометре исполь­ зуется усилитель с полной обратной связью по току. Структурная схема такого автокомпенсатора приведена на рис. 1-9, а, а его эк­ вивалентная схема на рис. 1-9, б. Уравнение для узлового потен­ циала эквивалентной схемы имеет вид

( 1-8)

22

Из уравнения (1-8) получаем коэффициент передачи автокомпен­ сатора по току и его входную проводимость:

При достаточно большом коэффициенте усиления по току (/С;>1)

получим / 2 ~ — Іх, т. е. в такой схеме выходной ток повторяет входной. Этот режим непригоден для измерения малых токов, так как требует применения на выходе усилителя магнитоэлектричес­ ких приборов высокой чувствительности. Применение же обратной

Рис. 1-10. Автокомпенсационный гальванометр с непол­ ной компенсацией: а — структурная схема; б — эквива­

лентная схема

связи позволяет существенно увеличить входную проводимость и устранить влияние нестабильности коэффициента усиления на по­ грешность прибора. Благодаря глубокой обратной связи быстро­ действие гальванометра определяется только быстродействием вы­ ходного магнитоэлектрического прибора.

Для построения высокочувствительных гальванометров при­ меняется режим неполной компенсации, при котором только часть

выходного тока І2 подводится обратно во входную цепь. Структур­

ная схема автокомпенсатора тока с неполной компенсацией пока­ зана на рис. 1-10, а, а его эквивалентная схема на рис. 1-10, б. Со­ ставляя уравнения для узловых напряжений схемы рис. 1-10, б, получим

1 - ÜXY'K+ t/2 ( г ; + Y"K) = —/С./х-

Решая систему уравнений (1-11) относительно узловых напряже­ ний і)1 и Ü2 при условии Y x > Yk, найдем

23

где ßi — / к// а = Y J Y K— коэффициент обратной связи то току. Из уравнений (1-12) определим коэффициент передачи автоком­

ределяется коэффициентом некомпенсации, равным отношению не­ компенсированного тока 11 на входе усилителя к току / ѵисточника сигнала

стей коэффициентов, некомпенсации усиления и обратной связи,

При высокоточном и стабильном делителе тока в цепи обратной связи 8|) = 0 и 0а = 6К/(1 + Kißi). Применение в делителе микропроволочных резисторов, имеющих погрешность до 0,5% и номи­ налы до 10° Ом, ограничивает измерение малых токов величиной

ІО-13 А. При измерении токов менее ІО-13 А применяют непрово­ лочные резисторы типов КВМ и КЛМ, имеющие величину ІО8 —• 1013 Ом и погрешность 10% для сопротивлений до 1013 Ом. Тем­

24

пературный коэффициент их сопротивления составляет 0,2% на 1° С. При изменении напряжения от 10 до 100 В номинал резисто­ ров до 1011 Ом может меняться на 5%, а резисторов значений 1011— ІО13 Ом на 10%. Временная нестабильность этих резисторов составляет 2% в год для резисторов до 1011 Ом и 5% в год для ре­ зисторов до 1013 Ом. С целью повышения стабильности резисторы подвергают искусственному старению. Для снижения погрешности может применяться периодическая калибровка резисторов. Од­ нако, несмотря на возможность отбора и тренировки резисторов, погрешность измерения приборами, содержащими такие резисторы, как правило, не ниже (1—3) %.

Для повышения точности и чувствительности автокомпенсационных гальванометров целесообразно использовать усилители тока с большим коэффициентом усиления Д,-. Достоинством автокомпенсационной схемы с неполной компенсацией является ее способ­ ность в (1 -|- К $ і) раз уменьшать погрешность от изменения ко­ эффициента усиления К і- Так, например, при Д,.рг = 104 и бк = = 100% относительная погрешность измерения составит всего 0,01%. Все это обеспечивает малую зависимость показаний такой схемы от нестабильности напряжения источников питания, старе­ ния элементов схемы и т. п.

Снижение погрешности автокомпенсаторов тока ограничивается собственными шумами усилителя тока и нестабильностью резисторов делителя тока в цепи обратной связи. Если делитель тока выполнен из активных сопротивлений г'к и г , то коэффициент обратной связи

Погрешность автокомпенсатора от звена обратной связи

где б , и б „ — относительные погрешности резисторов делителя

Рассмотрим быстродействие автокомпенсационного гальвано­ метра с неполной компенсацией. Если учесть, что резисторы дели­ теля тока имеют собственные емкости, то операторное выражение выходного тока в соответствии с (1-13) будет иметь вид

25

26