Теория и расчёт измерительных преобразователей и приборов (доц. Взоров в.И.)

1. Измерительные цепи прямого преобразования и их погрешности.

2. Измерительные цепи уравновешивающего преобразования.

3. Измерительные цепи с обратной связью и их погрешности.

4. Динамические и статические погрешности СИ.

5. Измерительные цепи дифференциального и логометрического преобразования и их погрешности.

6. Согласование преобразователей.

7. Преобразование измеряемой величины в электрический сигнал с помощью делителей напряжения.

8. Преобразование измеряемой величины в электрический сигнал с помощью мостовых схем.

9. Измерительные цепи генерирующих преобразователей.

10. Основные принципы проектирования СИ. Системная совместимость.

1.Измерительные цепи прямого преобразования и их погрешности.

Измерительная цепь представляет собой функционально-структурную схему, отображающую методы и технические средства реализации требуемой функции преобразования прибора. Измерительная цепь включает все элементы прибора от входа до устройства воспроизведения (указатель, регистратор и др.). Измерительная схема прибора – понятие более узкое, она не включает первичного преобразователя, устройства воспроизведения и др.

Измерительные цепи можно разделить на цепи прямого преобразования, когда преобразователи соединяются последовательно или параллельно согласно, и цепи уравновешивающего преобразования, когда все или основные преобразователи соединены параллельно встречно (цепи с обратной связью).

Средства измерения прямого преобразования в статическом режиме.   Рисунок 1 - Структурная схема средства измерений прямого преобразования.  х - входной сигнал, несущий информацию об измеряемой величине;  П1, П2, ... , Пn - звенья; х1, • • • • xn-1 - промежуточные сигналы; xn-выходной сигнал. 

 

Как видно из рисунка 1, входной сигнал х последовательно испытывает несколько преобразований и в конечном итоге на выходе получается сигнал xn.  Для измерительного прибора сигнал xn выходит в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например в виде отклонения указателя отсчетного устройства.  Для измерительного преобразователя сигнал xn выходит в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.  Примером прибора электроизмерения, имеющей структурную схему прямого преобразования, может быть амперметр для измерения больших постоянных токов. В схеме этого прибора измеряемый ток сначала с помощью шунта превратится в падение напряжения на шунт, затем в малый ток, который измеряется измерительным механизмом, то есть превратится в отклонение указателя.  Разновидностей электрических приборов для измерения неэлектрических величин значительно больше, чем приборов для измерения электрических величин. Это объясняется тем, что контролируемых неэлектрических величин значительно больше, чем электрических.  Важнейшие причины широкого применения электрических приборов для измерения неэлектрических величин заключаются в следующем:  1) Приборы электроизмерительные лучше неэлектрические приборы позволяют осуществлять дистанционные измерения, благодаря чему обеспечиваются измерения в одном месте различных по своей природе параметров, контролируемых нередко в территориально удаленных друг от друга и недоступных для наблюдения точках.  2) Приборы электроизмерительные легче поддаются автоматизации, что значительно улучшает их качество.Автоматизация исключает субъективные свойства оператора.В приборах электроизмерительных есть широкие возможности для автоматического и непрерывного проведения математических операций над результатами измерений, что позволяет автоматически вводить поправки, интегрировать, дифференцировать результат и т.д.  3) Приборы электроизмерительные более удобны, чем неэлектрические для решения задач автоматического управления.  4) Приборы электроизмерительные дают возможность регистрировать как очень медленно переменные величины, так и быстро меняющиеся (например, с помощью электронного осциллографа), имеют широкий диапазон пределов измерения.  Особенностью электрических приборов для измерения неэлектрических величин является обязательное наличие измерительного преобразователя неэлектрической величины в электрическую. Измерительный преобразователь неэлектрической величины устанавливает однозначную функциональную зависимость выходной электрической величины (э г. с, сопротивления и т. д.) от входной измеряемой неэлектрической величины (температуры, перемещения и т. д.).  На рисунке 2, а показана упрощенная структурная схема электрического прибора прямого преобразования для измерения неэлектрических величин.      Рисунок 2 - Структурная (а) и функциональная (б) схемы прибора прямого преобразования. Измеряемая неэлектрические величины х подается на вход измерительного преобразователя ИП. Выходная электрическая величина в преобразователя измеряется электрическим измерительным устройством ЭП.  В зависимости от рода исходной электрической величины и требований, предъявляемых к прибору, электрический измерительный прибор может быть разной степени сложности.В одном случае это - магнитоэлектрический милливольтметр, а в другом - автоматический потенциометр или цифровой измерительный прибор. Конечно шкала отсчетного устройства ЭП градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины. На данной структурной схеме не указаны вспомогательные узлы (например, блоки питания).  На рисунке 2, б в качестве примера показан электрический прибор, предназначенный для измерения температуры.  В этом приборе (комплекте): Тп - термопара, э д. с. которой является функцией измеряемой температуры; mV - милливольтметр для измерения э д. с. термопары. В данном случае термопара - измерительный преобразователь, а милливольтметр - электрический измерительный прибор. Таким образом, прибор выполнен по структурной схеме рисунка 2, а.  Часто измеряемая неэлектрические величины неоднократно превращается в целях согласования границ ее изменения с рабочим диапазоном ЭП, получение удобного для ЕΠ вида входного воздействия и т. д. Для выполнения подобных преобразований в прибор вводятся предварительные преобразователи неэлектрических величин в неэлектрические.