Файл: Александров В.С. Электронные гальванометры постоянного тока.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 154
Скачиваний: 1
ления |
времени интегрирования |
погрешности звена обратной |
связи |
и нестабильности и неточности изготовления образцового |
|
конденсатора Ск.
Погрешность установки времени интегрирования может быть сделана достаточно малой (6(<Д 0,01%), так же как и погрешность делителя в звене обратной связи (0|,<Д 0,01%). В связи с этим ос новная погрешность измерения определяется погрешностью емко сти образцового конденсатора Ск, которая для лучших образцов конденсаторов имеет величину бс — 0,1—0,5%. Все это обусло
вило сравнительно высокую точность интеграторов тока (бп< 2 % ). Для получения выходного напряжения, пропорционального те кущему значению измеряемого тока, можно использовать диффе ренцирующее устройство, установленное на выходе интегратора тока. Схема интегратора тока с дифференцирующим звеном пока
зана на рис. 1-20.
Напряжение на выходе интегратора тока
£/8(р) = М р ) Ки
Принимая во внимание, что коэффициент передачи дифферен цирующего звена
|
U'2 (P) |
р |
|
Яі(Р) = и Ар) |
Р -Г 1/Тд |
где тд |
СД1 получим выходное напряжение устройства |
|
|
и 2 (Р) = h (Р) Ки |
_______ р_________ |
|
СпХ |
(р -Г 1/Твх) (Р+ 1/Тд) |
Мгновенное значение выходного напряжения при ступенчатом
изменении входного тока (/х (р) = |
I J p ) |
после |
взятия |
обратного |
|||
преобразования Лапласа |
|
|
|
|
|
||
|
и2(0 = |
/А. Ки |
в х М ___ |
% |Т В Х -----ß |
% ,ТД |
(1-41) |
|
Если |
время |
интегрирования |
tu |
удовлетворяет |
условию |
||
\ x » % » |
Тд, ТО |
|
|
ДңТд____ |
|
||
|
|
|
|
(1-42) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ci + Ск (1 -j- Kufiu)
Из сравнения выражений (1-42) и (1-38) следует, что чувстви тельность устройства с дифференцирующим звеном на выходе ин тегратора значительно ниже, так как тДС%-
Погрешность измерения, аналогичная (1-40), складывается из погрешности образцового конденсатора 8Ск, погрешности коэффи
циента передачи звена обратной связи бр и погрешности постоянной времени дифференцирующего звена бд, т. е.
би = б с к + бр + бд.
37
Допустимые значения погрешностей 6С и 6|f указаны выше,
а погрешность дифференцирующего звена бд можно сделать доста точно малой (6Д< 0,1%). Если же время интегрирования недоста точно велико и твх > /и, то появляется дополнительная погрешность нелинейности интегратора, определяемая выражением (1-39).
Автоматическая компенсация зарядного тока интегрирующей емкости позволяет получить значительное увеличение времени интегрирования. Схема устройства с автокомпенсацией зарядного тока представлена на рис. 1-21. Выходное напряжение интегратора тока через интегрирующую цепь CUR„ подводится к образцовому конденсатору Ск, создавая компенсирующий ток.
Рис. 1-20. |
Схема интегратора |
тока |
Рис. |
1-21. Схема интегратора |
||||
с дифференцирующим звеном |
|
|
тока |
с автокомпенсацией за |
||||
|
|
|
|
|
|
рядного тока |
|
|
Определим коэффициент передачи этого устройства, пользуясь |
||||||||
выражением (1-42). Коэффициент передачи |
звена |
обратной |
связи |
|||||
|
ß„ |
UK |
1 |
|
|
|
|
|
|
U. |
|
1+ /сот,, |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
где т„ = |
R nCH— постоянная |
времени |
интегрирующей цепи. |
|||||
Выходное напряжение в соответствии с |
(1-42) будет |
таким: |
||||||
Ü2 = ІхК и/У вх, где Квх = Y у + |
Кк ( 1 + ZCußu). |
Подставляя зна |
||||||
чение ß„, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
Y BX = g1 + 1- ^ f ± ' + j<»(Cl + CK- |
СкКи |
(1-43) |
|||||
|
1+ «А2 |
|||||||
|
і+«А*„ |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
Рассмотрим переходную характеристику устройства. Используя значение входной проводимости (1-43), для ступенчатого входного воздействия (/Л. (р) = IJp) получим
|
ІхК и |
|
1+ рт„ |
(1-44) |
|
Ти/Сі + Ск) |
|
|
|
где |
р(р* + Ар + В) ’ |
|||
Ск |
gl |
|
gi |
|
А = — 1+Ки |
В |
|||
ТН V |
Сг + Ск |
Сг + |
Ск |
Тн (Сі 4~ Ск) |
38
Выходное напряжение интегратора тока с компенсацией заряд ного тока в соответствии с (1-44) определяется выражением
и2 (t) |
K,JX |
1 ~Е PlX4 |
gPi<_ J_+_P£[n_ gPa/ |
|
Si |
1— pjp2 |
1— Pjj/Pi |
||
|
||||
где pi,a= ■ |
|
ß — корни характеристического урав |
||
нения.
Из выражения для выходного напряжения следует, что в уста новившемся режиме, когда t со , выходное напряжение пропор ционально текущему значению тока: U2 = IXK J § i-
Рассмотрим быстродействие гальванометра. Если выполняется условие I Рг |> 1/т„>| рг |, то выражение выходного напряжения можно упростить
и2(0 = К и І Х [1 _ ^ _ Рітн (е^
g l
При достаточно большой постоянной времени интегрирующей цепи в звене обратной связи (ти -*■ то), 0, а р 2 -> А. В этом случае выражение выходного напряжения принимает вид
« 2 (0 : |
IxKiflw |
пР-А |
(1-45) |
Сі -|- Ск (1 -J- К и) -Ь Тц^і ( 1 - |
|
|
Из выражения (1-45) следует, что время нарастания выходного напряжения определяется постоянной времени т 2 = 1 Ір2:
tr = -
g i -
2,2 (Cj Ск) |
(1-46) |
|
Сі-Ь Ск (1 + |
||
АГц) |
Если |
постоянная |
времени интегрирующей цепи тн ^ со, то |
tr -> 2,2 |
(Сх + CK)/glt |
т. е. время установления выходного напря |
жения практически не зависит от постоянной времени интегрирую щей цепи в звене обратной связи при достаточно большой величине последней.
Постоянная времени интегратора тока определяется в основном качеством интегрирующего конденсатора Ск, так как
т ... Сг+ Ск (1 + Kußu)
g l + S k (1 + K u ß u )
При использовании конденсаторов с воздушным диэлектриком величина проводимости утечки g K в основном определяется опор ными изоляторами, к которым крепятся пластины конденсатора, как показано на рис. 1-22, а.
Для увеличения постоянной времени интегратора при исполь зовании конденсаторов с воздушным диэлектриком можно приме нить охранный электрод, который отводит токи утечки по опорному изолятору на корпус. Охранный электрод помещается между опор-
39
ными изоляторами и соединяется с общей шиной усилителя, как показано на рис. 1-22, б. При этом проводимость g' между вход
ным опорным изолятором и охранным электродом оказывается
Рис. |
1-22. Способы включения накопительного |
конденсатора: |
я |
— без охранного электрода; б — с охранным |
электродом |
включенной параллельно g x. Постоянная времени интегратора тока
в этом случае |
_ бі |
Ск (1 -|- Ки$и) |
|
|
|
|
' |
|
|
|
|||
вх — |
£l + ёк |
|
|
|
|
|
Введение охранного электрода приводит к увеличению постоян |
||||||
ной времени в число раз, определяемое выражением |
|
|
||||
S) |
|
|
|
|
|
|
|
Корпус |
|
ёк |
|
|
|
|
|
03 |
|
(Н -/С А ). |
||
|
Ск |
§1 + ёк |
||||
|
|
Использование |
усили |
|||
|
Н - - |
|
теля напряжения |
с малой |
||
|
|
|
входной |
|
проводимостью |
|
|
|
|
(giC ёк) |
позволяет увели |
||
Рис. 1-23. Конструкции |
конденсаторов |
чить постоянную |
времени |
|||
на несколько порядков, так |
||||||
с охранным электродом: а — с односторон |
как в этом случае kx ä ; 2 + |
|||||
ними выводами; б — с двусторонними вы- |
||||||
водами |
|
|
Kußu- |
Конструктивное |
||
|
|
|
выполнение |
конденсаторов |
||
с воздушным диэлектриком, охранным электродом и односторон
ними выводами показано на рис. 1-23, а. |
Такой |
же конденсатор |
с двусторонними выводами показан на рис. |
1-23, |
б. |
1-7. Гальванометры сравнения малых токов с ручным и автоматическим уравновешиванием
Классификация гальванометров сравнения приведена в табл. 1-1. Отличительной особенностью этих гальванометров является равен ство измеряемого Iх и компенсирующего І к токов в момент сравне
40