3 Простая измерительная цепь

Простая измерительная система представлена на рисунке 5.

Рис. 5  Простая измерительная система

Любой измерительный параметр – выходной сигнал объекта измерения.  Измеряемый параметр – это входной сигнал измерительной цепи, результат измерения – выходной сигнал измерительной цепи.

Положение стрелки на шкале, цифры на электросчетчике, масса гирь на весах – выходной сигнал измерительной цепи. Эти выходные сигналы доступны для наблюдателя.

Широкое применение информационной электроники базируется на возможности замены трудноизмеряемых физических парамет­ров различных процессов соответствующими электрическими пара­метрами. Это позволяет относительно просто, в минимальных физических объемах, при высоком быстродействии и надежности функционирования реализовать требуемый алгоритм обработки информации, используемой в системах измерения, контроля и уп­равления реально протекающих процессов. Подобные системы включают, как правило, три функциональных блока:

• блок преобразования физической величины, преобразующей реальное состояние процесса или объекта, в соответствующий па­раметр электрического сигнала —датчик (первичный преобразо­ватель);

• блок преобразования электрических сигналов в электрические сигналы по заданному алгоритму — электронное устройство (ЭУ) (Рис. 6);

• блок преобразования электрического сигнала в физическую ве­личину, с помощью которой осуществляется воздействие на состоя­ние процесса или объекта — исполнительное устройство.

Рис. 6 Замена физических парамет­ров различных процессов соответствующими электрическими параметрами

 I(%)=(I(mA) - 4)/16×100%;                  I(mA)=16/100×I(%) + 4;

 Первичным преобразователем (датчиком) называется элемент, который устанавливается в технологическое оборудование (в ТП) и который первым воспринимает контролируемый параметр. Он преобразует измеряемые величины в сигналы, удобные для измерения (чаще электрические), их можно усилить и передать на большие расстояния.

Примером является термопара. Термоэлектрический термометр (термопара) – преобразует разность температур в э.д.с.

 Основные  характеристики   датчиков

 Статическая характеристика – зависимость выходной  величины Х_вых от входной Х_вх в  установившемся режиме.

                Х_вых = f(Х_вх)

Коэффициент передачи – статический, динамический и относительный.

Статический коэффициент передачи К_ст – отношение величины Х_вых к входной Х_вх:

                К_ст = Х_вых/ Х_вх

Зависимость Х_вых / Х_вх = k (в установившемся режиме – линейная зависимость диапазона выходного сигнала к диапазону входного сигнала).  k = tg α = δy / Δx - коэффициент передачи измерительного преобразователя.

 Если на выходе и входе – одинаковые единицы, то k – коэффициент усиления.

Пример

Статический коэффициент передачи тока для схемы  транзистора ОБ обозначается α и определяется:

статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току β.

Динамическая характеристика – характеризует работу элемента в динамическом режиме, т.е. при быстром измерении Х_вх. Эта зависимость Х_вых от времени τ.

                Х_вых = f(τ) – переходная характеристика.

Порог чувствительности – наименьшее значение входной величины Х_вх, при которой резко меняется значение выходной величины.

Задача. Термоэлектродвижущая сила Е (ТЭДС) термопары типа К изменяется от 8.138 мВ до 12,209 мВ при изменении темпера­туры горячего спая t от 200 °С до 300 °С и постоянной температуре холодного спая. Определите чувствительность термопары.

Решение. Чувствительность термопары равна