2.10. Перетворення вимірюваної величини в процесі вимірювань

Вимірювання - єдиний спосіб отримання кількісної інформації про величини, що характеризують фізичні явища і процеси. Тому будь-які дослідження пов'язані з необхідністю вимірювання численних фізичних величин.

У більшості випадків у процесі вимірювань отримують числове значення вимірюваної величини тільки після того, як тим чи іншим способом її перетворять. Перетворювані величину називають вхідний, а результат перетворення - вихідний величиною. Основний метрологічної характеристикою вимірювального перетворювача вважається співвідношення між вхідний і вихідний величинами, так званою функцією перетворення.

Вимірювальне перетворення являє собою відображення розміру однієї фізичної величини розміром інший, функціонально з нею пов'язаної. Застосування вимірювальних перетворень є єдиним методом побудови будь-яких вимірювальних пристроїв, так як будь-яке вимірювальний засіб використовує функціональні зв'язки між вхідний і вихідний величинами.

Це абсолютно очевидно в складних вимірювальних пристроях, але є і в найпростіших пристроях, наприклад в мікрометрі, вимірювана довжина відраховується по куту повороту головки мікрометра.

Вимірювальний перетворювач - це технічний пристрій, побудоване на певному фізичному принципі дії, що виконує одне приватне вимірювальне перетворення.

Перетворення вимірюваних величин завжди таять у собі небезпеку внесення похибок, тому основна вимога до вимірювальних перетворювачів - точна передача інформації та мінімальні похибки.

Поняття "вимірювальний перетворювач" більш конкретне, ніж поняття "вимірювальне перетворення", так як одне вимірювальне перетворення може бути реалізовано рядом різних за принципом дії вимірювальних перетворювачів.

Становище, в якій доводиться працювати вимірювальних перетворювачів, дуже складна, і для її аналізу необхідно розрізняти три її складові частини.

1. Об'єкт вимірювання - це складне, багатогранне явище або процес, що характеризується безліччю окремих параметрів, які в реальних умовах діють на вимірювальний перетворювач спільно.

2. Єдиний параметр, що нас цікавить, з усього безлічі параметрів об'єкта вимірювання називається вимірюваною величиною.

3. Вихідний параметр вимірювального перетворювача, необхідний нам за родом розв'язуваної вимірювальної завдання, а для приладу - це результат вимірювання. Його вигляд не залежить від об'єкта вимірювання, а визначається вимогами споживача інформації.

Різновиди вимірювальних перетворювачів:

- перетворювачі електричних величин в електричні (підсилювачі, трансформатори, подільники, шунти, випрямлячі, модулятори, і т. п.);

- перетворювачі неелектричних величин в неелектричні (масштабні важелі, редуктори; перетворювачі виду несучого процесу - мембрани, пружини;

- перетворювачі електричних величин в неелектричні (вимірювальні механізми приладів, електромагніти, двигуни і т. п.);

- перетворювачі неелектричних величин в електричні (контактні, реостатні, тензорезистивні, п'єзоелектричні, електростатичні, ємнісні, індуктивні, трансформаторні, магнітопружні, електромагнітні, термоелектричні і т.п.).

За способом з'єднання між собою перетворювачів методи перетворень поділяються на два види:

- метод прямого перетворення. Перетворення інформації проводиться тільки в одному напрямку - від вхідної величини Х по ланцюгу вимірювальних перетворювачів П₁, П₂, П₃до вихідний величиною Y (рис. а). Літерами Y₁, Y₂ позначені проміжні вихідні величини перетворювачів. У технічних вимірах вони знаходять широке застосування, так як відрізняються простотою, а тому мають більшу надійність, меншу масу, габарити, вартість та висока швидкодія;

- метод врівноваженого перетворення (рис. б) в якому використовуються два ланцюги:

- прямого перетворення, що складається з перетворювачів К₁, К₂;

- зворотного перетворення, що включає перетворювач β.

а)

Х Y₁ Y₂ Y_вих