- •Основные понятия в измерениях и метрологии.
- •Место иит в процедурах познания и принятия решений.
- •Виды средств измерений.
- •Разновидности измерительных преобразователей.
- •Типовая структурная схема измерительных информационных систем.
- •Погрешности, вносимые средствами вычислительной техники.
- •Содержание и основные этапы измерительных информационных технологий, прямые и косвенные измерения.
- •Метрологическая структурная схема прямых измерений (средство измерений - линейное), составляющие погрешности результатов измерений.
- •Классификация погрешностей результатов измерений.
- •Примеры погрешностей применения.
- •Взаимодействие датчиков с объектами измерений, измерение температуры.
- •Аналоговые измерительные приборы, метрологическая структурная схема измерений, метрологические характеристики.
- •Приборы магнитоэлектрической системы. Амперметры, вольтметры. Принцип действия, назначение, обозначения на шкале, предельные возможности.
- •Приборы магнитоэлектрической системы с преобразователями, обозначения на шкале, предельные возможности.
- •Магнитоэлектрические омметры, кулонометры, веберметры.
- •Приборы электродинамической системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент. Амперметры, вольтметры, ваттметры, схемы включения, предельные возможности.
- •Приборы ферродинамической системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент. Амперметры, вольтметры, ваттметры, схемы включения, предельные возможности.
- •Приборы электромагнитной системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент, влияние внешнего магнитного поля, исключение этого влияния, предельные возможности.
- •Приборы электростатической системы, принцип действия, обозначения на шкале, вращающий момент, предельные возможности.
- •Средства расширения пределов измерения параметров постоянного и переменного тока и напряжения.
- •Особенности применения измерительных трансформаторов тока.
- •Измерение линейных токов и напряжений в трехфазных цепях двумя приборами.
- •Измерения активной мощности и энергии одним, двумя и тремя приборами в трехфазных цепях.
- •Измерение реактивной мощности и энергии в трехфазных цепях.
- •Равновесные мосты постоянного тока, условия равновесия, причины возникновения погрешностей.
- •Особенности измерения малых сопротивлений, двойные мосты, нормируемые характеристики.
- •Применение мостов в неравновесном режиме. Причины погрешностей, нормируемые характеристики.
- •Мосты переменного тока, уравнение равновесия.
- •Мосты для измерения емкости конденсаторов.
- •Мосты для измерения индуктивности катушек.
- •Цифроаналоговые преобразователи (цап), назначение, принцип действия, вид характеристики преобразования, нормируемые метрологические характеристики.
- •Аналого-цифровые преобразователи (ацп), назначение, вид характеристики преобразования, ацп поразрядного уравновешивания, предельные возможности, обеспечение связи с компьютером.
- •Ацп “частота - код”, принцип действия, метрологические характеристики, обеспечение связи с компьютером.
- •Ацп “интервал времени - код”, принцип действия, применение для измерения частоты, метрологические характеристики, обеспечение связи с компьютером.
- •Интегрирующие ацп, принцип действия, особенности метрологических характеристик, обеспечение связи с компьютером.
- •Цифровые измерительные приборы, общая схема, цифровые мультиметры.
- •Помехи, виды помех, причины их возникновения, средства подавления продольных и поперечных помех.
- •Методы и средства измерения температуры, термопары, схемы включения, погрешности измерения температуры и их причины.
- •Методы и средства измерения температуры, металлические термопреобразователи сопротивления, схемы включения. Погрешности измерений.
- •Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления, схемы включения. Погрешности измерений.
- •Радиационные и оптические пирометры.
- •Термоанемометры
- •Тензорезистивные датчики деформаций, принцип действия, схемы включения, источники погрешности, методы снижения, особенности поверки (калибровки). Фольговые, полупроводниковые тензорезисторы.
- •Примеры применения тензорезистивных датчиков для измерения силы, давления, ускорения, расхода жидкостей и газов.
- •Пьезоэлектрические датчики, принцип действия, материалы, свойства, схема включения. Назначение и устройство пьезодатчиков. Применение для измерений силы, ускорения и давления.
- •Гальваномагнитные датчики Холла, принцип действия, материалы.
- •Источники погрешности, меры по их уменьшению.
- •Емкостные датчики, применение для измерения деформаций, перемещений, силы, ускорения, давления, уровня, толщины. Схемы включения, источники погрешности.
- •Индуктивные, магнитострикционные датчики, дифференциальные и трансформаторные датчики, принцип действия, недостатки и преимущества.
- •Трансформаторные датчики, принцип действия, применения, недостатки и преимущества.
- •Потенциометрические (реостатные) датчики, принцип действия, применения.
- •Методы и средства измерения скорости вращения.
Индуктивные, магнитострикционные датчики, дифференциальные и трансформаторные датчики, принцип действия, недостатки и преимущества.
Индуктивные датчики входят в класс электромагнитных преобразователей и являются параметрическими датчиками. Эти датчики выполняют преобразование измеряемой величины в изменение индуктивности за счет изменения параметров магнитной цепи катушки индуктивности.
Индуктивность катушки, намотанной медным проводом и содержащей w витков, в общем случае равна , где - комплексное магнитное сопротивление цепи, по которой замыкается магнитное поле катушки, - компонента магнитного сопротивления, вызванная рассеянием магнитного поля, а также потерями в стали на гистерезис и вихревые токи. Магнитные цепи большинства индуктивных датчиков устроены таким образом, чтобы эти потери были минимальны.
В результате начальная индуктивность реальных индуктивных датчиков с воздушными зазорами, площадь которых одинакова и равна S, а суммарная длина воздушного зазора равна d, выражается приближенной формулой . Из этой формулы видно, что на значение индуктивности катушки влияют только такие измеряемые величины, которые могут быть преобразованы в изменение площади S или величины зазора d, или, иными словами, в изменение магнитного сопротивления магнитной цепи датчика.
В большинстве индуктивных датчиков используется зависимость индуктивности от изменяемой величины зазора, либо от изменения магнитного сопротивления всей цепи в целом за счет перемещения сердечника внутри катушки вдоль ее оси.
а), б) Два одиночных индуктивных датчика. Обоим этим датчикам свойственен серьезный недостаток, из-за которого датчики такой конструкции не имеют практического применения. В них на перемещаемую деталь действует значительная электромагнитная сила, зависящая от положения этой детали (якоря).
в), г), д) Влияние электромагнитной силы существенно снижается у дифференциальных индуктивных датчиков. Приведенные схемы включения могут быть применены к любому из индуктивных датчиков независимо от его конструкции.
Эти схемы представляют собой неравновесные мосты, позволяющие получать на выходе нулевой сигнал при нулевом значении измеряемой величины. При этом значении мосты должны быть уравновешены по двум составляющим, поскольку это мосты переменного тока.
Первичные преобразования измеряемых величин в изменение длины зазора аналогичны тем, которые выполняются в тензорезистивных и емкостных датчиках. Преобразование силы в малое перемещение выполняется с помощью подходящего упругого элемента с точно известной жесткостью W. Преобразование ускорения в силу происходит путем использования силы инерции, действующей на тело с точно известной массой m. Это тело крепится на перемещаемую часть упругого элемента датчика. Для преобразования давления в силу, а затем - в перемещение используется мембрана с точно известной площадью, жестко связанная с перемещаемым элементом.
Существенным достоинством индуктивных датчиков, которое оправдывает их промышленное применение, является значительная мощность выходного сигнала, которая существенно превышает мощность выходных сигналов емкостного, пьезоэлектрического и тензорезистивного датчиков.
Другой разновидностью индуктивных датчиков является датчик, магнитная цепь которого выполнена из сплошного магнитомягкого материала без воздушных зазоров. Индуктивность датчика равна , где l - средняя длина магнитопровода.
Индуктивность такого датчика может изменяться путем изменения относительной магнитной проницаемости магнитопровода. Индуктивные датчики с таким магнитопроводом называются магнитоупругими.
Магнитоупругие датчики применяются для измерения силы в пределах от 250 Н до Н. Погрешность магнитоупругих датчиков зависит от многих факторов: механический гистерезис, нелинейность значения магнитной индукции в магнитопроводе, старение, нестабильность напряжения питания и др. В целом после механической тренировки магнитострикционного датчика с монолитным магнитопроводом может быть достигнута погрешность 2%.
Достоинствами магнитоупругого датчика является значительная мощность, развиваемая на выходе и его высокая надежность, поскольку он не содержит движущихся элементов.
45