Файл: Беленький, Я. Е. Многоточечные бесконтактные сигнализаторы температуры.pdf

(2-34)

из которых первое соответствует условию баланса моста на постоянном токе, а второе вызвано влиянием линии связи. Учитывая значения емкостей линии связи (50 и 100 пф/м), получим:

о= 2.

Таким образом, мостовая схема с датчиком, подклю­ ченным экранированным кабелем, может быть уравнове­ шена на переменном токе при соответствующем выборе

дом других требований, в частности требованием обес­ печения максимальной чувствительности, линейности ха­ рактеристики неуравновешенного моста, допустимой мощ­ ности рассеивания датчика и др. Для выполнения этих требований может понадобиться, например, значение ко­ эффициента v, отличное от двух, в связи с чем целесооб­ разно найти метод, обеспечивающий уравновешивание моста при различных значениях соотношения сопротивле­ ний плеч. Для этого можно, например, подключить кон­ денсатор параллельно плечу моста. На практике этот метод не всегда приемлем из-за необходимости подбора емкости конденсатора в каждом отдельном случае в за­ висимости от длины линии связи и типа кабеля.

Этого недостатка не имеет способ, заключающийся в использовании дополнительного четвертого провода в соединительной линии [Л. 5]. Один конец дополнитель­ ного провода со стороны датчика свободен, а второй под­ ключается к мостовой схеме. Этот провод выполняет роль распределенной компенсирующей емкости, величина ко­ торой пропорциональна длине линии. Подключение этого провода к разным точкам схемы позволяет получить ба­ ланс моста при нескольких дискретных значениях коэф­ фициентов v и w.

На рис. 2-11 изображена схема подключения датчика по четырехпроводной линии неэкранированным кабелем. Пунктиром показаны возможные точки подключения к схеме дополнительного провода. Схема подключения датчика экранированным кабелем с дополнительным про­ водом изображена на рис. 2-12.

40

Рис. 2-11. Схема подключения датчика четырехпроводной линией связи.

Рис. 2-12. Схе.ма подключения датчика четырехпроводным экра­ нированным кабелем.

Значения коэффициентов v и w зависят от величины и количества емкостей кабеля, включенных параллельно каждому плечу мостовой схемы. В табл. 2-3 показано распределение емкостей линии связи при различных спо­ собах подключения дополнительного провода относи­ тельно элементов мостов, изображенных на рис. 2-9— 2-12 (к вершинам моста а, Ь, с, й). В этой же таблице приведены значения коэффициентов v и w, при которых уравновешивается мостовая схема.

41

Из таблицы видно, что схема, в которой датчик подключается неэкранпрованным трехжпльным кабелем (см. рис. 2-9), не уравновешивается вообще; в случае, если трехжильный кабель экранирован, схема уравнове­ шивается только при v = 2. Добавление четвертого про­ вода позволяет уравновесить схему при нескольких зна­ чениях коэффициента v, равных 1, 2 и 3, а также при to= 0,5. Рассмотренный метод компенсации реактивного сопротивления исключает необходимость какой-либо подгонки в зависимости от длины линии.

Следует отметить, что компенсация реактивного со­ противления линии связи при помощи дополнительного провода может оказаться полезной при дистанционном контроле и других неэлектрических величин, в частности, в тензометрии. При этом место подключения дополни­ тельного провода должно определяться конкретно, в за­ висимости от параметров линии связи и измерительной схемы.

ГЛ А В А Т Р Е Т Ь Я

БЕ С К О Н Т А К Т Н Ы Е К О М М У Т А Т О Р Ы М БСТ

3-1. МЕТОДЫ БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ДАТЧИКОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Бесконтактный коммутатор является одной из основ­ ных составных частей устройств автоматического кон­ троля с временным разделением каналов. Такие важные характеристики прибора, как погрешность, быстродейст­ вие и экономичность, в значительной мере определяются соответствующими характеристиками коммутатора.

Разнообразные требования, предъявляемые к комму­ таторам многоточечных систем, не могут быть удовлетво­ рены в полной мере каким-либо одним устройством. По­ этому в устройствах автоматического контроля исполь­ зуются различные типы коммутаторов, отличающиеся друг от друга конструкцией, элементами, из которых они построены, режимами работы и т. д.

Классификация коммутаторов по основным классифи­ кационным признакам приведена в работе [Л. 14]. По характеру используемых элементов коммутаторы подраз­

43

деляются па контактные и бесконтактные, по конструк­ тивному исполнению — на аппаратные и схемные, по ре­ жиму работы — на шаговые, стартстопные и с цикличе­ ским движением. Возможно и более детальное подраз­ деление по некоторым дополнительным классификацион­ ным признакам, например для бесконтактных коммута­ торов: ламповые, тиратронпые, полупроводниковые и т. д.

В приборах рассматриваемого типа применяются в основном схемные бесконтактные коммутаторы, кото­

собщеканальным трансфор- му бесконтактных ключей,

Современная коммутаци­ онная техника располагает большим арсеналом бесконтактных элементов, применя­

емых для переключения сигналов. Однако в настоящее время на практике для коммутации параметрических датчиков сопротивления применяются главным образом полупроводниковые приборы — диоды и транзисторы, так как их основные характеристики, определяющие качест­ во бесконтактного ключа (сопротивление в состоянии «замкнуто» и «разомкнуто», уровень собственных шумов и остаточных напряжений и токов), значительно лучше, чем у элементов других типов.

Коммутация датчиков сопротивления может осуществ­ ляться двумя способами — непосредственным подключе­ нием датчиков к измерительной схеме и переключением выходных сигналов измерительных схем.

44

Одна из схем первого типа описана в работе [Л. 21]. Здесь рас­

с термометрами сопротивления Ят коммутируется компенсационный датчик (задатчик) Яз. Импульсы опроса поступают на ключи от распределителя Р. Выходной разностный сигнал с измерительной схемы через разделительный трансформатор поступает на схемы сов­ падений, куда одновременно подаются импульсы от распределителя.

Такая схема может применяться лишь в устройствах, датчики которых достаточно высокоомны (более 1 ком). В противном случае разброс динамических сопротивлений отдельных диодов, смещенных в прямом направлении, неизбежно приведет к значительной погреш­ ности. Так, например, при контроле температуры с помощью стан­ дартных термометров сопротивления (46— 100 ом) погрешность в этой схеме -может достигать 5— 10%.

Примерно такой же величины достигает погрешность в схеме, изображенной на рис. 3-2 и описанной в работе [Л. 26]. Сопротив­ ление датчика Я т трансформируется при помощи импульсного транс­ форматора Тр и образует с резистором Я а делитель напряжения. На делитель от специального источника И подается напряжение питания. Коммутация датчиков осуществляется сигналами, поступа­ ющими с распределителя Р на транзисторные ключи Т.

Рис. 3-2. Схема коммутатора с канальными трансформаторами.

Значительно выше точность коммутатора, примененного для автоматического уравновешивания измерительной схемы в цифровом мосте [Л. 24]. На рис. 3-3 приведена •схема измерительной части моста. Три плеча мостовой измерительной схемы образованы изме­ ряемым сопротивлением Я х и постоянными резисторами Я i и Яз- Плечо уравновешивания образуют резисторы г,-, коммутируемые бес­ контактными диодными ключами. Каждый ключ состоит из трех диодов Mi—Д з и двух вспомогательных балластных сопротивлений Яз и Ri. В такой схеме путем регулировки сопротивлений Яз и Яь можно добиться для -каждого ключа взаимной компенсации напря­ жений, падающих на открытых Mi и Мз- Это позволяет осуществить коммутацию сопротивлений до 100 ом с погрешностью до 0,2%.

45

Однако, как отмечается в (Л. 24], для обеспечения такой точности диоды должны быть предварительно отобраны по величине обрат­ ного тока, что недопустимо при серийном производстве многоточеч­ ных устройств. Кроме того, каждый ключ должен быть индивиду­ ально отрегулирован, что значительно повышает трудоемкость серий­ ного изготовления приборов.

В схемах второго типа величина контролируемого сопротивле­ ния преобразуется предварительно в напряжение при помощи мосто-

Рис. 3-3. Схема коммутатора с компенсацией напряжения на диодах.

вой или потенциометрической схемы. При питании измерительной схемы постоянным током коммутация датчиков сопротивления сво­ дится к коммутации малых постоянных напряжений. В этом случае для получения высокой точности необходимо применять специальные меры. Рассмотрим некоторые из известных методов повышения точ­ ности коммутации резисторных датчиков при переключении выходов измерительных схем.

В [Л. 27] предлагается коммутировать не малые выходные на­ пряжения, а напряжение Un (рис. 3-4), имеющее большую величину. В этой схеме датчики У?д,- включены по потенциометрической схеме последовательно с сопротивлениями Rt большой величины. Напря­ жение Uп достаточно большой величины (например, 10 в) коммути­ руется группой бесконтактных ключей (ключи Кг и. К'г), собранных на транзисторах. Одновременно включаются ключи К"г, разделяющие каналы. Подобная структура коммутатора требует сравнительно сложной схемы из-за наличия трех ключей на канал и отсутствия общей точки между ними, позволившей бы осуществлять управле­ ние этими ключами от общего распределителя.

В схеме, описанной в [Л. 29], используется сочетание двух ме­ тодов коммутации датчиков сопротивления (рис. 3-5). Одновременно с замыканием ключа K i, подключающего датчик непосредственно

46