3.1. Основные блоки измерительных устройств

Для проведения измерений обычно используют приборы и передаточные элементы, которые вместе образуют измерительные устройства. Такое измерительное устройство можно условно изобразить с помощью блок-схемы, хотя каждый из показанных на ней приборов может в свою очередь представлять собой целое измерительное устройство (рис. 3.1).

Н а вход датчика (его часто называют чувствительным элементом) поступает измеряемая величина, а на его выходе возникает сигнал, предназначенный для дальнейшей обработки.

Этот сигнал зависит от измеряемой величины. Типичным датчиком является фотодиод, на который падает свет. Затем слабые сигналы могут усиливаться специальным усилителем или с помощью преобразователя преобразовываться к более удобному виду. Передаточный элемент (электрический проводник, беспроволочная система) передает сигнал на устройство вывода, которое либо непосредственно выдает информацию экспериментатору, либо хранит ее для дальнейшей обработки с помощью компьютера. Очень часто ЭВМ подсоединена к измерительному устройству, тогда обработка данных происходит непосредственно в процессе измерений.

С точки зрения системного анализа вся экспериментальная установка, так же как и ее отдельные блоки, функционально одинакова. В систему подается входной сигнал х_е, а после обработки на ее выходе появляется сигнал х_а. Обе эти величины связаны друг с другом определенными соотношениями, которые характеризуют систему. Эти соотношения называют передаточными характеристиками. Многие передаточные характеристики не зависят от конкретного прибора, а имеют общую природу.

ПРИМЕР: ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНО-ПОЛЕВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВХОДНОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

Экспериментальная установка, предназначенная для исследования АМЭ, подробно описана в [8]. Измерительный участок экспериментальной установки схематически представлен на рис. 2.

МЖ 1 заполняет стеклянную трубку 2, к донышку которой прижата пьезопластинка 3, возбуждающая звуковые волны. Для улучшения акустического контакта между донышком и пьезопластинкой нанесен тонкий слой контактной смазки (на рисунке не показан). Силовые линии внешнего магнитного поля, показанные крестиками в кружках, проходят перпендикулярно оси трубки. Верхняя поверхность МЖ принудительно стабилизируется пленкой 4. Для приема переменной ЭДС используется измерительная катушка индуктивности 5 с числом витков 1100, изготовленная из медного провода диаметром 0,07 мм. Измерительная катушка имеет округлую форму и непосредственно прилегает к внешней стенке трубки. Измерительная катушка индуктивности и входная емкость приемника-усилителя 6, соединенные последовательно, образуют входной колебательный контур.

Входной колебательный контур характеризуется резонансной частотой

,

г де С – входная емкость усилителя, L – индуктивность измерительной катушки. На индуктивность измерительной катушки в определенной мере оказывает влияние жидкий магнетик, находящийся в трубке.

Для определения резонансной частоты колебательного контура были получены амплитудно-частотные характеристики колебательного контура «измерительная катушка индуктивности - входная емкость приемного устройства» при различных значениях напряженности магнитного поля.

Следовательно, наличие магнитного коллоида в трубке, полуохватываемой катушкой, смещает резонансную частоту не более, чем на 4%. Кроме того, диапазон частот для исследования АМЭ (20-60 кГц) находится вдали от резонанса и лежит на почти пологом участке левой ветви амплитудно-частотной характеристики.