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 ^ВыХпри увеличении сопротивления датчика будет иметь ту же полярность, что и Е. Резистор Rr 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 UBMx 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 UBUXf(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 11вых 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 UBMX 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 Usux 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 увых.
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? "