Метод развёртывающей компенсации

Нулевые методы

Разностный метод называется нулевыми или компенсационным, в случае полной компенсации, т.е. если разность Δ х = х-х _оп=0. Достоинством нулевых методов является то, что в ряде случаев полная компенсация измеряемого сигнала (например, тока) может осуществляться не только на входе измерительного прибора, но и в объекте измерения. В этом случае от объекта измерения не отнимается энергия, необходимая для измерения и взаимодействие СИ и ОИ практически отсутствует.

Это легко видеть в рассмотренном выше примере измерения ЭДС. Если ток через микроамперметр равен нулю, тогда и ток через источник ЭДС равен нулю. В этом случае падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника и резисторе R ₂ равны нулю и вольтметр измеряет именно ЭДС источника.

Основной недостаток метода следящего уравновешивания состоит в том, что при больших значениях величины система может возбудиться, т.к. сигнал в цепи обратной связи, в силу ряда обстоятельств (например, вида фазо-частотной характеристики), может поменять фазу измеряемого сигнала на противоположную. В этом случае опорный сигнал будет не вычитаться из измеряемого, а складываться с ним (возникает положительная обратная связь). В результате данная схема превращается в генератор переменного тока или напряжения (вспомните, например, свист динамика, когда напряжение, поданное на усилитель микрофона, слишком велико).

В данном методе этот недостаток отсутствует. Генератор развертки вырабатывает пилообразное напряжение, которое вычитается из измеряемого сигнала. Разность этих напряжений подается на индикатор равновесия (индикатор нуля). В момент начала пилообразного сигнала включается электронный секундомер. В момент, когда на индикаторе равновесия сигнал отсутствует (D х), вырабатывается сигнал, который останавливает таймер. Время t, измеренное секундомером, пропорционально измеряемому сигналу.

Схема осуществляет преобразование значений изменяемой величины х _i в интервал времени τ_i. В современной технике интервалы времени изменяются наиболее точно. В этой схеме есть следящее уравновешивание, но нет обратной связи. Поэтому возможна реализация нулевого метода.

Замечание. В компенсационных приборах удается практически полностью исключить мультипликативную и нелинейную составляющие погрешности измерительного прибора или индикатора равновесия. Однако аддитивная составляющая здесь вообще не корректируется. Поэтому в таких приборах предъявляются высокие требования к временной и температурной стабильности порога срабатывания нуль-органа (индикатора равновесия), что особенно трудно обеспечить при необходимости точного измерения малых величин.

Кроме того, данные методы в чистом виде применимы только при измерении активных величин, т.е. таких, для которых принципиально возможно получение разности между измеряемой и образцовой величинами (например, электрическое напряжение и ток).

Для большинства же измеряемых величин непосредственное получение такой разности невозможно. Так, например, для таких электрических величин как сопротивление, емкость, индуктивность, являющихся выходными для широкого класса параметрических датчиков, непосредственное получение разности между измеряемой и образцовой величинами принципиально невозможно. В этих случаях при применении разностного метода приходится использовать различные сравнивающие устройства (обычно мостовые и дифференциальные схемы), к чувствительности и, что гораздо важнее, к точности которых предъявляются высокие требования.

Такие же трудности возникают при использовании этих методов для измерения неэлектрических величин. Так, для точного измерения массы, помимо точной переменной образцовой меры измеряемой величины (гирь и разновесов) и высокостабильного индикатора равновесия, требуется точное сравнивающее устройство в виде, например, чувствительных и точных рычажных весов. Уменьшение же основной и дополнительной погрешностей рычажных весов до уровня, определяемого точностью образцовых гирь и разновесов, является весьма сложной технической задачей. И вообще, уменьшение погрешности сравнивающего устройства до уровня, определяемого точностью образцовой меры измеряемой величины, очень сложно и не всегда реализуемо.

Часть 2