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

Если входная проводимость усилителя напряжения достаточно мала, то g x « £ к и

Уменьшение постоянной времени можно осуществить уменьше­ нием емкости Ск, которая состоит из распределенной емкости ре­ зистора gK и емкости монтажа. Для промышленных резисторов типа КВМ и КЛМ собственная емкость составляет 1—3 пФ. Рас­ пределенная емкость резистора может быть снижена путем приме­ нения эквипотенциальной защиты при помощи специальных экра­ нов. Кроме того, уменьшение постоянной времени достигается при­ менением корректирующих схем в звене обратной связи.

Один из методов коррекции заключается в использовании ин­ тегрирующего звена в цепи отрицательной обратной связи. Схема такого гальванометра приведена на рис. 1-16. В этой схеме коррек­ ция осуществляется за счет роста усиления по мере уменьшения полного входного сопротивления. Глубина обратной связи умень­ шается с ростом частоты, что приводит к увеличению усиления на высоких частотах.

постоянной времени тк, однако такой режим оказывается неустой­

ё і + ёі< (1 "I" К и)

32

При Ки >1 И g x< g K получим твх = (Сх + CK)/gKK u. Таким образом, постоянная времени входной цепи может быть сделана достаточно малой путем увеличения коэффициента усиления Лф усилителя.

Другим способом снижения постоянной времени входной цепи является введение положительной обратной связи, как это пока­ зано на рис. 1-17. Дополнительная положительная обратная связь подается через емкость С0 на вход схемы в ту же точку, куда под­ водится и напряжение отрицательной обратной связи. Для измене­ ния фазы выходного напряже-

повторителя, или небольшого добавочного сопротивления, вклю­

в соответствии с выражением (1-34) определяются формулами

ёвх. —§і^~§а (1 +K«ßu);

CDX= Сг + Ск (1 + КиѴи) + Со (1 - К иѴ) « К а (CKß„ - С„р).

Подбором величины корректирующей емкости С„ и коэффициента передачи р звена положительной обратной связи можно обеспечить Свх = 0, при этом С0 = CKß„/p. В этом случае постоянная времени

33

входной цепи твх = 0 и, следовательно, усилитель становится практически безынерционным.

Другой разновидностью электронных гальванометров с отри­ цательной обратной связью являются гальванометрические ком­ пенсаторы, в которых используют высокочувствительные электро­ механические гальванометрические преобразователи. По типу пре­ образователя эти приборы делятся на фотогальванометрические и индукционно-гальванометрические.

На рис. 1-18, а показана схема фотогальванометрического ком­ пенсатора. Измеряемый ток 7Х подводится к рамке высокочувстви­ тельного гальванометра Г, к которой также подводится ток обрат­ ной связи / к. При повороте рамки на некоторый угол а изменяются

Рис. 1-18. Фотогальванометрпческий компенсационный гальванометр: а — структурная схема; б — эквивалентная схема

состояние чувствительного фоторезистора ФР и величина компен­

сирующего тока / к. Компенсация измеряемого тока будет непол­ ной, в результате чего по рамке гальванометра Г протекает ток некомпенсации. Аналогично автокомпенсаторам эти приборы выпол­ няют по схемам с измерением выходного напряжения или выход­

При достаточно большом усилении системы (grK„Kr Д- 1) коэффи­ циент передачи полностью определяется проводимостью цепи об­

ратной связи: К а = 1/УК.

Входная проводимость гальванометрического компенсатора мо­ жет быть рассчитана по формуле

34

Таким образом, гальванометрические компенсаторы имеют ха­ рактеристики, аналогичные автокомпенсаторам. При большом уси­ лении системы основные характеристики полностью определяются проводимостью Ук цепи обратной связи. Подробнее гальванометри­ ческие компенсаторы рассмотрены в работах [10, 31].

1-6. Электронные гальванометры непосредственного измерения с образцовыми конденсаторами

При измерении малых токов широкое распространение получили электронные гальванометры, в которых используется метод опреде­ ления заряда на образцовом конденсаторе Ск, создаваемого изме­

втечение длительного времени для конденсаторов значительно меньше, чем для высокоомных резисторов. При этом среднее значе­ ние тока определяется по известной формуле.

Простейшие интеграторы тока представляют собой циклические приборы, в которых после каждого цикла измерения требуется воз­ вращение схемы в исходное состояние, т. е. требуется разряд ин­ тегрирующего конденсатора. Иногда для получения текущего зна­ чения тока на выходе интегратора включают дифференцирующее устройство в виде простейшей Л)С-цепи или операционного диффе­ ренцирующего усилителя.

Структурная схема интегратора тока с учетом сопротивления изоляции образцового конденсатора гк полностью соответствует схеме рис. 1-15 в методе измерения с образцовыми резисторами. Существенным отличием является только выбор величин элемен­ тов и, соответственно с этим, режима измерения.

Коэффициент передачи и входная проводимость определяются выражениями (1-28) и (1-29). Напряжение на выходе гальванометра

всоответствии с (1-28) имеет вид

35

Для того чтобы в схеме соблюдался режим интегрирования, необходимо выполнение условия Д твх. В этом случае, разлагая экспоненциальный член выражения (1-36) в ряд Тейлора и огра­ ничиваясь-двумя членами, получим

CDX А' Cj + Ск(1 + 7C„ß,«)

Второй член выражения (1-37) можно рассматривать как основ­ ную ошибку, вносимую нелинейностью интегратора:

Эта ошибка уменьшается с увеличением постоянной времени входной цепи. Однако максимальное значение твх, как следует из выражения (1-38), не может превышать постоянной времени цепи обратной связи; если Д„|3„> 1, Ск > Сх и gK'$>glt то

Дх. макс 'С ^кДк•

Погрешность измерения тока в соответствии с формулой (1-38) определяется выражением

36