Резонансные методы преобразования параметров комплексных сопротивлений с большими потерями

Суть резонансного метода преобразования состоит в том, что датчик является одним из элементов колебательного контура с сосредоточенными параметрами, для определения которых используется явление резонанса. В схемах с резонансом находят применение LC-генераторы самовозбуждением. Как известно, частота собственных колебаний генератора зависит не только от реактивных элементов колебательного контура, но и от активных потерь, вносимыхдатчиком. Влияние потерь учитывается известным соотношением.[1]

1      j 1+(525х--sbJ^ '"

где o - угловая частота собственных колебаний генератора;

L_kиндуктивность контура; Ск - емкость контура;

tg8_x - тангенс угла диэлектрических потерь датчика;

Q _l - добротность катушки индуктивности контура.

При относительно больших потерях датчика рассматриваемый метод преобразования дает сравнительно большие погрешности. Существенного уменьшения их можно достичь, например, путем поддержания общей потери. Недостатком генераторного метода является то, что с ростом величины активных потерь уменьшается пик резонансной кривой колебательного контура; она становится более широкой и пологой, что ухудшает точность настройки в резонанс. Самовозбуждение генератора возможно только до определенной величины активных потерь, затем происходит срыв колебаний генератора. В таких типах преобразователей выходным сигналом является частота генератора, нелинейно связанна с преобразуемым параметром.

Другой разновидностью резонансного способа является контурные методы преобразования, основанные на использовании свойств колебательного контура. Если генераторные способы преобразования параметров КС обеспечивают достаточно высокие метрологические характеристики при относительно небольших потерях (tg8 < 2 ), то контурные имеют более широкие возможности при значительных потерях. Определенное состояние колебательного контура фиксируется путем сравнения по фазенапряжения на контуре и тока в неразветвленной части или модулей полной проводимости контура при коммутационных воздействиях.[2]

Рассмотрим первый способ фиксации состояния колебательного контура на примере схемы, в которой использован последовательный контур из R, L, С(рис.1). При подключении преобразуемого объекта к контуру (в данном случае параллельно к его емкости) изменяется фазовое соотношение в цепи, что фиксируется фазочувствительным детектором ФЧД. Его выходное напряжение пропорционально углу сдвига фаз, что вызвано подключением преобразуемого объекта. С помощью усилителя постоянного тока УПТ оно усиливается и подается на варикап, подключенный к контуру. Емкость варикапа изменяется до тех пер, пока выходной сигнал ФЧД не станет равным нулю, при котором будет восстановлено исходное фазовое соотношение. Одновременно выходное напряжение УПТ, управляющее варикапом, подается на показьшающий прибор, проградуированный в единицах емкости.

Недостатокданного устройства заключается в использовании в цепи уравновешивания варикапа, который имеет сравнительно низкую стабильность параметров во времени и большую температурную зависимость, что позволяет применять его только в преобразователях относительно низкой точности. Большое распространение нашел второй способ контурного метода преобразования параметров КС, при котором состояние резонанса фиксируется путем сравнения модулей полной проводимости контора с использованием параметрической модуляции.

Рис.1. Схема фиксации состояния колебательного контура

Имеются различные модификации измерительных схем контурных способов, различающихся видом напряжения питания контура, немодулированный, рассмотренный выше или частот-номодулированный.

Частотно-модулированное питание дает возможность существенно упростить конструкцию преобразователей благодаря замене модуляции параметров контура модуляцией питающего напряжения.

П.М.Плакком предложен метод, преобразования емкости конденсаторов с БП, основанный на независимости модуля полного сопротивления пассивного R, L, С двухполюсника от его активного сопротивления при определенном условии. В дальнейшем подобные устройства получили название квазирезо-нансных измерительных преобразователями