Измерительные цепи ЕИП

Существует множество различных измерительных цепей ЕИП. При построении измерительной цепи необходимо учитывать линейность зависимости выходного параметра цепи от измеряемой величины. Одной из трудностей построения измерительных цепей является их защита от наводок и исключение влияния паразитных емкостей. Кроме того, так как выходные мощности емкостных преобразователей малы, в измерительных цепях необходимо применять усилители.Наиболее распространенными являются измерительные цепи: в виде делителя напряжения, измерительные мосты, емкостно-диодные цепи, контурные цепи.

1) Цепь в виде делителя напряжения представлена на рис. 7.4. Одинарный емкостный ИП может быть включен в качестве С₁ или С₂. В случае дифференциального ИП его емкости образуют оба плеча делителя. При равенстве произведений R₁C₁ = R₂C₂, где R₁ и R₂ - сопротивления изоляции преобразова-теля, напряжение на выходе делителя в широком частотном диапазоне питающего напряжения определяется выражением

U_ВЫХ = U_~C₁ / (C₁ + C₂). (7.11)

Погрешность такой цепи зависит от погрешностей ЕИП, погрешностей из-за нестабильности напряжения питания и погрешности указателя.

На рис. 7.5 показана схема с использованием операционного усилителя (ОУ), построенная по принципу делителя напряжения. Выходное напряжение U_ВЫХ = U_~C₁ /C₂. Емкостный преобразователь может быть включен вместо C₁ или C₂ в зависимости от того, на каком принципе построен ЕИП, и какую функцию преобразования измерительной цепи необходимо реализовать. В данной схеме паразитные емкости С_П1 - С_П2 практически не влияют на работу измерительного устройства. Емкости С_П1 и С_П3 шунтируются низкими выходными сопротивлениями источника напряжения U_~ и усилителя. Емкость С_П2 включена между входами ОУ и напряжение на ней близко к нулю.

Мостовые измерительные цепи используются преимущественно с дифференциальными преобразователями. На рис. 7.6 показаны некоторые варианты выполнения мостовых цепей. ЕИП включается в соседние плечи моста, в другие плечи моста включаются низкоомные резисторы (рис.7.6 а), взаимосвязанные индуктивности (рис. 7.6 б), полуобмотки питающего трансформатора (рис. 7.6 в).

Рис. 7.6

Две паразитные емкости между жилами и экранами кабелей шунтируются малыми сопротивлениями (низкоомными резисторами, сопротивлениями индуктивностей, сопротивлениями обмоток трансформатора) нерабочих плеч моста и практически не влияют на работу мостовой схемы. Третья включается параллельно выходной диагонали моста. Обычно выходной сигнал цепи подается на усилитель и для уменьшения влияния емкости экранированного провода, соединяющего ЕИП с усилителем, применяется схема эквипотенциальной защиты. Для этой цели используются провода с двойным экраном.

При подсоединении выхода моста к инвертирующему входу ОУ (рис. 7.7) необходимость в двух экранах отпадает. Выходное напряжение

Рис. 7.7 Рис. 7.8

Недостатком рассмотренных схем является то, что они могут использоваться для ЕИП, у которых все пластины изолированы от корпуса. При заземлении одной из пластин (обычно общей подвижной пластины) желательно элементы измерительной цепи располагать в одном корпусе с датчиком. При работе дифференциального преобразователя с заземленной пластиной может использоваться емкостно-диодная измерительная цепь, показанная на рис. 7.8 [10]. Если пренебречь падением напряжения на диодах, то

U_вых » U_~ (С₁ - С₂ )/(С₁+С₂+2С₁С₂/С₃). (7.13)

Если не предъявляется высоких требований к линейности характеристики преобразования, то в качестве измерительных цепей ЕИП могут быть использованы цепи резонансного L - C контура (рис. 7.9), питаемого от генератора со стабильной частотой. При изменении емкости преобразователя сопротивление

контура изменяется, при этом изменяется выходное напряжение, которое достигает максимума при частоте w₀ = ÖLC.

Рис. 7.9 Рис. 7.10

Для линейного преобразования емкости С1 в качестве выходной величины необходимо принять период Т_Х.

Влияние паразитных емкостей С_П1 и С_П2 в этой схеме мало.