přednáška 07

Elektrická měření IEMRE-7

Převodníky pro měření součtu a rozdílu analogových signálů

Velmi často vzniká potřeba sčítat nebo odčítat analogové signály. K tomu slouží součtové a rozdílové obvody. V následujícím uvedeme nejzákladnější z nich.

Pokud bychom realizovali sčítací elektromechanický sčítací měřicí přístroj (např. magnetoelektrický), jehož indikátor reaguje na součet několika vstupních veličin, pak každá z těchto veličin vyvolává dílčí pohybový moment a tyto momenty se sčítají. Z toho tedy vyplývá, že takový měřicí přístroj musí mít více měřicích ustrojí. Tato měřicí ústrojí musí být svými parametry totožná, tzn. měřicí cívky musí mít shodný počet závitů, shodnou činnou délku, shodný průměr. Výsledkem toho je fakt, že každý z těchto dílčích měřicích systémů má stejnou pohybovou konstantu. Pro výsledný pohybový moment pak tedy platí

(1)

xi … měřené veličiny

Pokud by se pohybové konstanty jednotlivých měřicích subsystémů lišily, výsledkem měření by nebyl čistý součet veličin xi , nýbrž součet vážený – pohybové konstanty by plnily roli váhových koeficientů. Výchylka indikátoru v ustáleném stavu je dána rovnováhou mezi výsledným pohybovým momentem a momentem direktivním

=> (2)

V dnešní době jsou řešeny sčítací obvody vesměs elektronicky. Podle typu užitých komponent se rozlišují

1. sčítací obvody pasivní (sestaveny z odporů nebo transformátorů)

2. sčítací obvody aktivní (s OZ)

1. Příklad pasivního sčítacího obvodu je uveden na obr. 1, z něhož vyplývá:

Po úpravě

Pokud R2 ‹‹ R1 , pak (3)

Nevýhody a nedostatky obvodu:

• převod je ovlivněn vnitřním odporem vstupních zdrojů – vzniká složka chyby převodu

• pro malou hodnotu R2 je UV malé

• pro vstupní odpor z hlediska i-tého vstupu platí

, tzn. vstupní odpor závisí na výstupním napětí,

tedy na všech ostatních vstupech

Pokud by odpory na vstupní straně sčít. obvodu nebyly stejné hodnoty, uplatnily by se jako váhové členy a součet by pak nebyl prostý, nýbrž každý ze vstupních signálů by byl oceněn vahou.

Pasivní sčítací obvody s transformátory uvedeme na konci této kapitoly.

b)

sčítání napětí:

=> (4)

sčítání proudů:

=> (5)

Měření rozdílu analogových signálů U1 – U2 :

Obvod je tvořen invertorem a sčítacím členem.

=> (6)

Jiné možné řešení:

=>

=> (7)

V obou uvedených rozdílových obvodech se projevuje nedostatek v tom, že na přesnost převodu má vliv vnitřní odpor zdrojů odečítaných napětí. Vstupní odpor obou obvodů je konečný, takže vstupní proud není nulový. Oba obvody tedy předcházející členy proudově zatěžují. Zmíněnou nepříznivou vlastnost odstraňuje zapojení rozdílového obvodu dle obr. 6.

=>

=> =>

=>

=>

=> (8)

Pro tedy .

Pro sčítání fázorů napětí a proudů se nabízí užití transformátorů. K těmto účelů jsou vhodné transformátory s převodem p = 1.