ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Структурные схемы и функциональные узлы технических средств
Структурные схемы и функциональные узлы технических средств, применяемых для получения информации о квазистатических сопротивлениях и их временных изменениях

При построении технических средств, предназначенных для получения информации о квазистатических электрических сопротивлениях и их медленных временных изменениях, используются те же подходы и те же схемотехнические решения, которые применяются для измерения соответствующих параметров у объектов неживой природы.

Для количественной оценки значений электрических проводимости или сопротивления используются измерительные преобразователи, структуры которых приведены на рис. 1-3

Image
Рис.1 Структурная схема измерителя электрической проводимости (с источником напряжения)

При построении измерителей электрической проводимости (рис. 2) применяют источник (генератор) электрического напряжения 1, имеющий малое внутреннее электрическое сопротивление. Последовательно с ним включают преобразователь ток-напряжение 2, имеющий малое входное сопротивление. Поэтому на входных зажимах измерителя будет практически неизменное значение напряжения u 1, которое не зависит от сопротивления R биологической ткани.

Электрический ток в цепи i

Image преобразуется в напряжение u 2 и усиливается усилителем 3.

Выходной сигнал усилителя 3 регистрируется с помощью регистратора сигнала 4. Последний может быть простейшим милливольтметром или содержать в своем составе аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, микропроцессор или персональную вычислительную машину и принтер.

Источник напряжения должен обеспечивать получение постоянного по величине напряжения, не изменяющегося при разных сопротивлениях нагрузки. Если измерения выполняются на переменном токе, то стабильными должны быть форма напряжения и параметр, характеризующий его. Чаще всего это пиковое значение напряжения.

При построении измерителя электрического сопротивления структурная схема преобразовательной части имеет вид, представленный на рис. 2. В ней используется источник электрического тока 1. Его выходной ток не зависит от значения сопротивления нагрузки R, на котором он создает падение напряжения.

u 1= i 1R

Это напряжение усиливается усилителем 2 и регистрируется с помощью регистратора 3. Для подобной структуры необходимо использовать источники тока с высоким выходным сопротивлением и усилитель 2 с большим входным сопротивлением.

Image
Рис.2 Структурная схема измерителя электрического сопротивления (с источником тока)

Электрический ток i может быть постоянным, переменным или импульсным (однополярные или биполярные импульсы). В обеих структурных схемах при измерениях будут получаться результаты, которые можно сравнивать между собой только для случаев, когда используются приборы с электродами одинаковой формы и с идентичными параметрами внешнего электрического воздействия.

В приборах, имеющих структурную схему рис. 3, обеспечивается определенность с энергетическим режимом, в котором выполняется измерительная операция. Для этого в нем использован источник электрической мощности Р

ρ = u ∙i,

который обеспечивает неизменное значение мощности, рассеиваемой в сопротивлении R при любом его значении. Падение напряжения на нем усиливается усилителем 3 и регистрируется регистратором 4 при оценке электрического сопротивления. При оценке электрической проводимости ток в цепи объекта преобразуется в напряжение с помощью преобразователя ток-напряжение 2. После усиления усилителем 5 он регистрируется с помощью регистратора 6. Для получения численных значений сопротивления или проводимости, сигналы, пропорциональные падению напряжения на объекте и электрическому току через него, необходимо разделить друг на друга. Для этого в структурной схеме имеется делительное устройство 7 и регистратор результатов 8. Если, как показано на рис. 3, делится сигнал, пропорциональный падению напряжения на объекте, на сигнал, пропорциональный току через него, то будет регистрироваться электрическое сопротивление. Если наоборот - то электрическая проводимость.

Image
Рис. 3 Структурная схема измерителя электрических сопротивления и проводимости (с генератором мощности)

Очевидно, что структура (рис. 3) при практической реализации значительно сложнее и дороже, чем структуры рис. 1, 2. Но при их применении следует ожидать большую достоверность и лучшую воспроизводимость измерительной информации, которую сложнее получить при использовании более простых приборов.

В качестве источников напряжения могут быть использованы масштабирующие усилители, имеющие малые выходные сопротивления. При работе на постоянном токе их вход подключается к параметрическому стабилизатору напряжения (рис. 4,а). На выходе усилителя будет напряжение U 1, равное

Image

Причем выходное сопротивление источника можно оценить с помощью уравнения

Image

где R вых - выходное сопротивление усилителя без цепи ОС; K u - коэффициент усиления усилителя; β- коэффициент обратной связи

Image

На рис. 4,б приведена одна из простейших схем генератора постоянного электрического тока.

Image
Рис. 4. Источники постоянного электрического напряжения (а) и постоянного электрического тока (б)

В ней через сопротивление нагрузки R 2 электрический ток I , равный

Image

Недостатком такого источника электрического тока является отсутствие у его выхода заземленной точки, что в ряде случаев достаточно не удобно. Этот недостаток отсутствует у источника электрического тока (рис. 5).

Image
Рис. 5. Источник электрического тока с выходом относительно общей шины

У него выходной ток I 2в первом приближении близок к току I 1

Image

Причем нужное значение тока удается получить в сопротивлениях нагрузки, значительно больших по величине, чем в схеме рис. 4,6. Это есть следствие того, что в ней можно использовать значительно большее напряжение питания U пит, от которого, в основном, зависит максимальное значение сопротивления и можно получить требуемое значение электрического тока.

Преобразователь "ток-напряжение" показан на рис. 6. Коэффициент его преобразования W

Image

Усилители электрических сигналов выполняются по одной из известных схем.

Image

Наиболее сложно создать источник заданной электрической мощности. Одна из его возможных структурных схем приведена на рис.7

Image
Рис. 7 Структурная схема генератора электрической мощности

В состав его входят управляемый источник напряжения 1, преобразователь ток-напряжение 2 и устройство деления друг на друга двух сигналов 3. Значение мощности источника задается потенциалом U1, подаваемым на вход Y устройства деления сигналов 3. На второй вход X подается напряжение U2, пропорциональное электрическому току в объекте измерений R. Выходное напряжение делительного устройства обеспечивает установку такого значения напряжения на выходе управляемого источника 1, при котором обеспечивается получение в сопротивлении R значения рассеиваемой мощности, заданной напряжением U1

.

Принципиальная схема источника мощности, в котором реализована структура (рис. 8), приведена на рис. 9. В ней на операционном усилителе (ОУ) DAI и транзисторах VT1-VT6 выполнен управляемый источник напряжения и преобразователь ток-напряжение. ОУ DA2 введен для инвертирования сигнала, что необходимо для нормальной работы делительного устройства. Последнее выполнено на микросхеме перемножителя DA3 типа 525ПС2, включенного так, что он осуществляет деление сигнала на входе Z на сигнал на входе X. Выходное напряжение задается сигналом на неинвертирующем входе ОУ DAI, который равен напряжению на выходе делительного устройства DA3. Резисторы R1и R2имеют небольшие значения и оказывают малое влияние на электрическую мощность, получаемую нагрузкой от ее источника.

Image
Рис. 8. Принципиальная схема источника заданной мощности

Устройство для деления друг на друга аналоговых сигналов приведено на рис. 9

Image
Рис. 9 Функциональный блок для деления друг на друга двух сигналов

В нем использованы перемножитель двух сигналов DAI и операционный усилитель DA2. Выходное напряжение ОУ равно Uвых= U2/U1.

Эти же операции преобразования сигналов можно осуществить в цифровой форме. При этом будут получены значительно лучшие результаты с точки зрения метрологических характеристик. Но соответствующие устройства будут несколько дороже и сложнее.

 
« Пред.   След. »
 
 
Rambler's Top100