Кошачьи хитрости при измерениях регистраторами с дифференциальными входами

Автор: Аркадий Ф.
Опубликовано 22.08.2023
Создано при помощи КотоРед.

     Уважаемые коты, под регистраторами ниже подразумеваются исключительно многоканальные регистраторы с гальванически неизолированными дифференциальными входами.
    Как известно, в каждом электрическом устройстве есть провод, называемый общим, потенциал которого принимается равным нулю. Вследствие этого, шкалы напряжений приборов и регистраторов при измерениях необходимо совмещать, соединяя накоротко их общие провода.
      Выполняя данное правило, обычно получают корректные результаты. Но наверняка многие коты меряли и будут мерять напряжение без этого соединения, потому что тоже получали при этом правильные результаты! Схема таких измерений показана на рис. 1.

     Соединение общих проводов прибора и регистратора здесь происходит не накоротко, а через входное сопротивление регистратора R_вх с типичным значением ~1 МОм. Причем в этой схеме, как следует из 1-го закона Кирхгофа, напряжение на общем проводе регистратора U_рп равно просто среднему арифметическому напряжений на всех его входах. Так как данное напряжение является для входов синфазным, то оно подавляется и практически не влияет на результаты измерений дифференциального напряжения – чем опытные коты и рады.

     Таким образом, страшилки по поводу некорректности измерений по схеме рис. 1 сильно преувеличены. Более того, по этой схеме удобно измерять, например, параметры бортовой аппаратуры, которую нельзя заземлять в процессе измерений. В этом случае входное сопротивление регистратора обычно обеспечивает достаточную гальваническую развязку аппаратуры от общего провода регистратора, заземленного по технике безопасности. Данный факт позволяет обойтись без дорогостоящих гальванически изолированных преобразователей и сэкономить котам на сметанку!

      Но в подобных замерах все же есть «зарытая собака», наступить на которую кот может, если установит на входах регистратора сопротивления, например, делителя напряжений, как показано на рис. 2 (здесь К - коэффициент деления напряжения).

         В данной схеме напряжение U_рп создает на неинвертирующем входе паразитный сигнал, равный

U_пар = U_рп R_экв/(R_вх + R_экв),

где R_экв = (R₁IIR₂) = R₁R₂/(R₁ + R₂) - эквивалентное сопротивление резисторов делителя. Этот сигнал добавляется к рабочему и меняется при изменении напряжения на любом входе регистратора (так как Uрп равно их среднему арифметическому). То есть, из-за U_рп здесь возникает паразитный эффект взаимовлияния входов регистратора, искажающий результаты измерений.
     Чтобы подавить эту собачку следует устанавливать на обоих входах элементы с равным эквивалентным сопротивлением, на которых U_рп будет создавать одинаковые паразитные сигналы, подавляемые как синфазное напряжение. Два варианта делителей напряжения, соответствующих этому условию, показаны на схеме рис. 3.

     С такими делителями отважные коты уже могут смело забыть про то, соединены или нет общие провода регистратора и прибора, так как в обоих случаях получат практически одинаковые результаты!

Все вопросы в Форум.