Теоретическое введение.

В автоматических системах управления и измерительной технике используются корректирующие звенья различного назначения, в частности, для корректировки нелинейности датчиков. В качестве примера рассмотрим устройство линеаризации характеристики датчика, используемого для измерения влажности зерна и реализующего наиболее надежный и простой способ измерения сопротивления на постоянном токе.

Нелинейность такого датчика проявляется в области малых значений влажности, где зависимость сопротивления от содержания влаги носит логарифмический характер. Это позволяет представить эквивалентную схему датчика в виде последовательно включенных резистора Rd и диода Dd (рис.23). Корректирующее звено выполнено на операционном усилителе ОУ, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор Rk последовательно с диодом Dk. Для наблюдения эффекта линеаризации введен переключатель А, который нажатием клавиши А клавиатуры замыкает диод Dk.

Рис.23. Эквивалентная схема корректора нелинейности датчика.

Для получения передаточной характеристики рассматриваемого устройства используется функциональный генератор в режиме пилообразного сигнала и осциллограф в режиме развертки В/А, при котором выходной сигнал U_o_ut, поступающий на вход канала B, разворачивается сигналом с функционального генератора, поступающим на вход канала А.

Результаты моделирования при выключенном корректирующем диоде (в положении переключателя А замкнуто) приведены на рис.24, из которого видны искажения, вызванные нелинейностью датчика в области небольшой влажности, т.е. при низких уровнях сигнала на выходе датчика (при анализе осциллограмм и коэффициента передачи не забывайте, что используется инвертирующий усилитель).

Рис.24. Осциллограммы входных (А) и выходных (В) сигналов (а) и передаточная характеристика датчика (б) в схеме на рис.23 при выключенной коррекции

Результаты моделирования при переводе выключателя в положение, соответствующее включению коррекции, показаны на рис.25, откуда видно, что исчезли искажения выходного сигнала, а передаточная характеристика не имеет характерного излома, вызванного нелинейностью датчика. Для более сложной коррекции могут быть использованы универсальные функциональные преобразователи.

Рис. 25. Осциллограммы сигналов (а) и передаточная характеристика датчика (б) в схеме на рис. 23 при включенной коррекции