Основной принцип построения электроизмерительных приборов

делится на:

1. Электромеханические используются везде.

2. Электронные, цифровые. Формируют результат.

3. Электроннолучевые.

4. Электротепловые, составляют небольшую группу. В приборах электроэнергия преобразуется в механическую энергию перемещения. После преобразования - в тепловую.

Первые две группы - преобладающие в электроизмерительных приборах, причем электроннолучевые применяют в стационарных установках визуального наблюдения.

Структура электромеханического измерительного прибора.

Входящая величина Х поступает на входящие измерительные цепи, где преобразуется в промежуточную величину Y; зависимость между величиной X и Y желательно иметь линейную, тогда прибор упрощается. Величина Y воздействует на измерительный механизм, вызывая перемещение отсчетного устройства: стрелки шкалы окна прибора. Отсчетное устройство сравнивается с начальным положением и выносится решение о количественном параметре. В центре структуры измерительный механизм, который и определяет основные характеристики прибора. Как правило, измерительный механизм реагирует на ограниченное число определенных параметров. Поскольку для электромеханического прибора можно применить характеристики точности, то два первых блока в основном и определяют погрешность нуля.

Структура электронного измерительного прибора.

Электроизмерительные приборы включают обязательно три блока:

1. Первый измерительный преобразователь

2. Функциональный преобразователь

3. Электронный усилитель

В зависимости от формы представления результата приборы делятся на электронные и цифровые (с цифровым отсчетом).

Первые электрические, используют в качестве отсчетного устройства (стрелки шкалы), поэтому включают измерительный механизм.

Вторые - преобразуют уровень выхода сигнала усилителя, цифровой код (в АЦП) и на элементах индикации отображают измеренную величину в форме цифр.

Приборы с цифровым отсчетом не содержат механических частей. Поэтому имеют значительно меньшую погрешность при измерении, но более сложные. Рассмотрим две структурные схемы электроизмерительных приборов. На практике могут использоваться более сложные приборы, например, с телевизионным преобразователем цифр, которые включают большее число блоков, их относят к измерительным системам.

II. Физических сигналов для измерения очень много. Причем

большинство из них непрерывно во времени.

В области электрических измерений к числу преобразуемых параметров относят - что измеряем:

1. Напряжение и силу постоянного тока.

2. Средневыпрeмленное. значение переменного напряжения и тока.

3. Среднеквадратическое (действующее) значение напряжения и тока.

4. Пиковые значение напряжения и тока.

5. Активная мощность.

6. Реактивная мощность.

7. Частота переменного тока (период).

8. Разность фаз.

9. Активное сопротивление.

10. Значение индуктивности и емкости.

11. Модуль и объект комплексного сопротивления.

12. cos ф

13. Распределение энергетических соотношений по частоте

(спектр).

14. Число оборотов вала.

15. Комплексный показатель качества электричества.

Помимо основных, измеряют неэлектрические характеристики:

температуру среды, влажность, давление и т.д.

Посредством измерительных преобразований - это множество преобразуется к:

1. Постоянному напряжению.

2. Амплитуде значения переменного напряжения.

3. Постоянный ток.

4. Частота (период).

5. Интервал времени - как частный случай периода.

Задача измерительных преобразований - сформировать электрический сигнал, один или несколько параметров которого пропорциональны измеряемой величине Х.

Частный случай измерительного преобразования - нормализация. Получение однородного выходного сигнала, пропорционально по своему значению, входному. Например, простейший измерительный преобразователь - резистивный делитель напряжения. На входе - постоянный уровень, на выходе - ?

Любой измерительный прибор обязан работать на вышесказанных условиях.

Фазоповоротная схема.

В ряду функциональных преобразований особое место занимают некоторые устройства: Фазоповоротные схемы времяимпульсные измерительные преобразователи, преобразователи частоты изменения амплитуды. Фазоповоротная схема строится, как правило, на основе активных элементов. На сегодня основной активный элемент - операционный усилитель. Эл. Операционный усилитель охвачен отрицательной обратной связью (ОС), уменьшающей коэффициент передачи каскада. В целом коэффициент передачи зависит от величины R_ОС,R1,R2.

Сдвиг по фазе входного гармонического сигнала осуществляется за счет «затягивания» его на входе емкостью С. Постоянная цепи CR2 определяет величину сдвига. Если входной сигнал подавать симметрично на оба входа усилителя, получается дифференцирующая схема и выходной сигнал - разностное напряжение относительно земли. Применяется не часто. Как правило, оба входа объединяются и входной сигнал подключается относительно земли.

Возможно изменение схемы. СХ1 не используется на НЧ. СХ2 не используется на ВЧ.

Время импульсные измерительные преобразователи предназначены для замены синусоиды на последовательность импульсов. Если у входного синусоидального сигнала существует амплитудное значение, частота, сдвиг по фазе, то у времяимпульсного преобразователя 1 информационный параметр - это длительность импульса.

В качестве простой схемы преобразователя используют операционный усилитель: выбрав большой коэффициент передачи усилитель ограничивает выходной сигнал и он имеет форму, близкую к прямоугольнику.

Для улучшения характеристики на вход усилителя включают ограничитель .

Рабочая, так как входной сигнал не должен превышать напряжение питания.

Измерительные преобразования изменений частоты в изменении амплитуды.

Контроль измерения частотных характеристик сигнала возможно через измерение пропорциональной величины амплитуды напряжения.

f . В основе схем частотно-зависимые элементы. Рабочий элемент схемы - операционный усилитель

Основная частотная характеристика двойного Т-моста. Коэффициент передачи такой схемы по частоте K(w).

он изменяется с изменением частоты. В результате входной сигнал, а, следовательно, и выходной ОУ, определяемый напряжением изменяется пропорционально.

В качестве входных частотозависимых цепей можно с успехом применять резонансные характеристики контуров, RLC фильтров, которые дадут изменение коэффициента передачи, но большую нелинейность. В схемах автоматики часто необходимо зафиксировать факт изменения частоты (релейный сигнал). Поэтому в них и применяют линейные RLC фильтры.

Измерительные и функциональные преобразователи входят как обязательные элементы в состав любого измерительного прибора. Непосредственно измерительный механизм, оставаясь постоянным не может реагировать на сигналы в широком диапазоне, поэтому измерительные и функциональные преобразователи в зависимости от переключателей диапазона измерений формируют на входе сигналы той оптимальной величины, что необходима для измерительного механизма, т.е. играет роль своеобразных делителей. Поскольку основными измеряемыми величинами являются напряжение и уровень тока, функциональные преобразователи не зависимо от рода входной величины на выходе формируют величину напряжения (реже тока).