Расширение возможностей мостового усилителя

8.7.1. Заземленный датчик. В некоторых случаях может возник­нуть необходимость в датчике, подключенном одним выводом к земле. Стандартный способ включения такого датчика показан на рис. 8.12, а. Следует отметить, что ^_Вы_Хпри увеличении сопро­тивления датчика будет иметь ту же полярность, что и Е. Резис­тор R^r сделан подстроечным, и его сопротивление устанавливают равным сопротивлению R датчика в соответствии с процедурой настройки нуля, приведенной в разд. 8.6.2.

8.7.2. Датчики больших токов. Если ток, необходимый для ра­боты датчика, превышает нагрузочную способность (шкалу тока) ОУ (5 мА), используют схему рис. 8Л2, б. Ток в датчик поступает от источника Е. Сопротивления резисторов mR достаточно велики, с тем чтобы токи через лих были равны ~1 мА (типичное значе­ние этих сопротивлений— 10 кОм). Ток в датчике и выходное на­пряжение можно определить, пользуясь выражениями, приведен­ными на рис. 8.12,6. Если ток датчика очень мал (в случае высо-коомных датчиков), то можно использовать ту же схему, за исклю­чением того, что сопротивление резисторов mR берут меньше, чем R, чтобы выходной ток ОУ остался ~ 1 мА.

Рис. 8 .12. Мостовые усилители с заземленными датчиками. а — обычная схема; б — схема для датчика с большим потреблением по току.

8.8. Измерение малых изменений сопротивления

Обычно трудно измерить изменения сопротивления меньше 1 %. Однако задача упрощается, если использовать мостовую резистив-ную цепь и измерительный усилитель, как показано на рис. 8.13. Резисторы Ri здесь проволочные или металлопленочные, согласо­ванные с точностью до 1 % • Испытуемый резистор, у которого из­меряется изменение сопротивления (например, под воздействием давления, вибрации или при ударе), показан на схеме как R +AR. Десятиоборотный потенциометр R подстраивают так, чтобы его сопротивление было в точности равно сопротивлению R измеряе­мого резистора. Делают это путем подключения измерительного усилителя и подстройкой до тех пор, пока £Лых не станет равным О В. При этом мы устанавливаем опорное значение резистора R, поэтому такая операция называется настройкой нуля. Соотноше­

Рис. 8.13. Схема для измерения малых изменений сопротивления.

ние между U_BMx и процентным изменением сопротивления выводит­ся ниже.

Поскольку резисторы Ri на рис. 8.13 согласованы между со­бой, Ei —Е/2. Чтобы найти Е₂, заметим, что Е делится между R и R+AR, так что

Для определения разности между £\ и £₂ вычтем полученные для них значения

В нашем случае малое изменение AR пренебрежимо мало в срав­нении с 2R и его можно не учитывать в знаменателе. Получаем

Коэффициент усиления дифференциального усилителя U_BUXf(Ei— ~Еч) можно сделать равным 400 (так, как показано в разд. 8.4);

при этом

Тецерь можно выразить (/_ВЬц просто как

При Е= \ В

т. е. напряжение на выходе, выраженное в вольтах, численно равно изменению сопротивления в % •

Пример 8.11. Найти 11_вых в примере 8.10, пользуясь уравнением (8.7а), если Я = 10кОм, Д#=100 Ом и £_вх = 1 В.

Решение.

Из (8.7а) получаем

Обратите внимание на то, что в соответствии с (8.76) измене­ние U_BMX иа 1 В соответствует изменению сопротивления на 1%.

8.9. Измерение силы, давления или ускорения

Когда к объекту прикладывается сила, давление или на него воздействует ускорение, объект испытывает нагрузку. Величина этой нагрузки преобразуется в пропорциональное ей напряжение при помощи тензодатчика, представляющего собой просто провод малого диаметра, фольгу или полупроводниковый материал с высо­ким сопротивлением. Этот измерительный элемент для хранения и транспортировки крепится на тонком листе пластмассы.

Чтобы измерить с помощью тензодатчика нагрузку, приложен­ную к объекту, датчик осторожно приклеивают к последнему тон­ким слоем эпоксидной смолы. В ненагруженном состоянии датчик имеет сопротивление R. При сжатии или растяжении (силой, давле­нием или ускорением) сопротивление датчика соответственно умень­шается или увеличивается. Изменение сопротивления AR, которое будет пропорционально величине нагрузки, или отношение AR/R можно определить с помощью схемы, показанной на рис. 8.13; при этом измеряются U_sux и Е и вычисляется ARjR по уравнению (8.7а). По данным изготовителя датчика или путем калибровки по месту можно связать AR с силой, давлением или ускорением.

Задачи

8.1. На рис. 8.1 «^20, £i=0,2 В и Е₂=— 0,25 В. Определите у_вых.

8.2. Вычислите, чему равно m на рис. 8.1, если £/_вых=юВ, £",=7,5 В и £₂₌₌

^■3" Когда входное напряжение дифференциального усилителя является син­фазным? "