34.Преобразователи электрических величин в неэлектрические. Электрооптические устройства индикации. Индикаторные устройства на основе светоизлучающих и светоотражающих элементов.
П реобразователи электрических величин в неэлектрические – это техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи.
а - приборы с фиксированной шкалой и вращательным или поступательным движением указателя; б - сложное аналоговое устройство отображения
(искусственный горизонт)
Рисунок В.1 - Традиционные аналоговые устройства индикации
Аналоговое устройство индикации не только показывает значение отклонения, но и обеспечивает наглядное отображение тенденции изменения отклонения во времени.
Цифровое же устройство индикации, напротив, не годится для отображения тенденции изменения измеряемой величины. Таким образом, аналоговое устройство является не только индикатором значения величины, но также и устройством, воспроизводящим направление изменения.
При этом абсолютная (П) погрешность, выражаемая в единицах преобразуемой величины и определяемая как П = ХП – Q,
и относительная (П) погрешность, определяемая кА отношение абсолютной погрешности к истинному значению преобразованной величины: .
Приведенная погрешность определяется как отношение п к некоторому нормирующему значению ХN и выражается в процентах 100 %,
г де П – абсолютная погрешность преобразователя; ХN – предел преобразования.
Относительная погрешность показаний прибора для трех различных вариантов определения погрешности, указываемой в технических характеристиках для аналогового устройства индикации с линейной шкалой
Структурная схемам электромеханического измерительного преобразователя
Все электромеханические преобразователи в зависимости от принципа действия, т.е. от способа преобразования электромагнитной энергии измерительного сигнала в механическую энергию перемещения подвижной части преобразователя, можно дифференцировать на следующие основные группы:
- магнитоэлектрические преобразователи;
- электродинамические преобразователи;
- электромагнитные преобразователи;
- электростатические преобразователи;
- индукционные преобразователи.
Цифровые устройства индикации в большинстве случаев вырабатывают последовательность символов (цифр, арифметических знаков, букв и т.д.).
Примеры таких устройств: цифровой индикатор, который показывает только цифры, и алфавитно-цифровой индикатор, способный воспроизводить также другие символы.
Оба индикатора используются в электрооптических устройствах отображения измерительной информации.
Кроме аналоговых и цифровых устройств индикации существуют также гибридные устройства. Они, по существу, являются цифровыми устройствами, у которых способ представления младшего десятичного разряда носит непрерывный характер.
Электрооптическое устройство индикации – это выходной преобразователь, использующий излучение света в активном режиме, или изменение оптических характеристик дисплеев под влиянием электрического сигнала в пассивном режиме. В последнем случае показания могут быть считаны лишь при наличии внешнего освещения. Главным достоинством таких пассивных электрооптических устройств индикации является очень низкое потребление мощности.Основу пассивных дисплеев образуют жидкие кристаллы.
а |
в |
а - конструкция ячейки ЖК дисплея; б - поворот ориентации молекул (и за счет этого плоскости поляризации падающего света) в отсутствие электрического поля; в - принудительное ориентирование молекул путем создания электрического поля (вращение плоскости поляризации отсутствует)
Рисунок – Жидко-кристаллический дисплей
Принцип действия светоизлучающих электрооптических дисплеев основан либо на тепловом свечении, либо на люминесценции. В дисплеях, работающих на тепловом свечении, применяется нить накаливания, в которой электрическая энергия преобразуется преимущественно в тепло, но также отчасти и в видимый свет. В люминесцентных дисплеях используется способность возбужденных электронов испускать видимый свет при возвращении на исходный энергетический уровень. В различных материалах возбуждение электронов может быть осуществлено разными способами, например, с помощью электрического разряда в газе, посредством ион-электронной рекомбинации или путем бомбардировки электронами, обладающими высокой энергией.
Дисплеи, в которых реализуется разряд в газе, состоят из стеклянной трубки, наполненной газом, и нескольких электродов, имеющих форму необходимых символов, которые расположены близко один за другим. Эти электроды служат катодами газовой трубки, в которой имеется также единственный анод. Давление газа, расстояние между электродами и плотность тока выбираются такими, чтобы катоды аккуратно покрывались слоем люминесцирующего газа (при этом катод светится).
В светоизлучающих диодах (светодиодах) возбуждение электронов в атомах осуществляется посредством рекомбинации. Полупроводниковый диод на основе GaAs или GaP испускает свет, когда он смещен в прямом направлении. Добавляя в полупроводник различные вещества, можно изменять цвет свечения. Диоды такого типа часто применяют в матричных дисплеях. Обычный алфавитно-цифровой дисплей состоит из 5´7 диодов. Напряжение питания выбирается в районе 1,6 - 3 В, и для достаточной яркости ток, потребляемый от источника питания, должен быть порядка 150 мА.