2.2 Структурні схеми вимірювальних приладів та систем

В сучасних засобах вимірювань здійснюються різноманітні та багатоетапні перетворення сигналів вимірювальної інформації. Для аналізу складних перетворень сигналів у засобах вимірювань доцільно перетворення сигналів поділити на низку простих елементарних операцій над вимірювальними сигналами. Кожній операції відповідає ланка структури, яка графічно ілюструє дану операцію над вхідним Х сигналом для отримання вихідного сигналу Y – рис. 2.6.

Рис.2.6 – Ланка структури засобу вимірювань

Як наслідок, складний, багатоетапний, розгалужений процес перетворення інформації у вимірювальному пристрої зображується графічно у вигляді структурної схеми або структури вимірювального пристрою – рис. 2.7.

Рис. 2.5 – Структурна схема багатоканальної вимірювальної системи

Рис.2.7 – Структура вимірювального пристрою (структурна схема)

Структурна схема вимірювального пристрою – це схема, що відображає його основні функціональні частини (структурні елементи) та їх призначення та взаємозв’язки.

За структурою вимірювальні пристрої можна поділити на два типи:

- пристрої прямого перетворення;

- пристрої зрівноважувального (компенсаційного) перетворення;

- пристрої комбінованого перетворення.

Пряме перетворення характеризується тим, що вимірювальна інформація передається тільки в одному напрямі – від входу до виходу без зворотного зв’язку між ними. Сигнал послідовно етап за етапом перетворюється і на виході має форму, яка доступна для безпосереднього сприйняття експериментатором – рис.2.7. Результівний коефіцієнт перетворення засобу вимірювань за такою структурою за умови, що всі перетворювальні елементи мають лінійні функції перетворення, дорівнює добутку коефіцієнтів перетворення окремих перетворювачів структури

(2.1)

Результівна відносна похибка дорівнює сумі відносних похибок від окремих перетворювальних елементів

(2.2)

Зрівноважувальне перетворення – це перетворення, при якому вхідна величина врівноважується іншою однойменною величиною. Існує два види зрівноважувального перетворення:

- слідкувальне (статичне) зрівноважувальне перетворення, структурна схема вимірювального кола засобу вимірювання наведена на рис. 2.8;

Рис. 2.8 – Структурна схема вимірювального кола засобу вимірювання

слідкувального (статичного) зрівноважувального перетворення

- астатичне зрівноважування, структурна схема вимірювального кола засобу вимірювання наведена на рис. 2.9;

Рис.2.9 - Структурна схема вимірювального кола засобу вимірювання

астатичне зрівноважування

- розгортальне зрівноважувальне перетворення, структурна схема засобу вимірювання наведена на рис. 2.10.

Рис.2.10 - Структурна схема вимірювального кола засобу вимірювання

розгортального зрівноважувального перетворення

При слідкувальному зрівноважувальному перетворенні вхідна величина Х врівноважується компенсувальною величиною, а саме ділянки зворотного перетворення. Слід відзначити, що величинаY - це вихідна величина ділянки прямого перетворення, а коефіцієнт β - це коефіцієнт перетворення зворотного перетворювача. На вхід ділянки прямого перетворення надходить різниця

Результівний коефіцієнт перетворення засобу слідкувального зрівноважувального перетворення буде дорівнювати

(2.3)

Відносна похибка дорівнює

(2.4)

Астатичне зрівноважувальне перетворення характеризується тим, що в ділянці прямого перетворення є інтегрувальний перетворювач, завдяки якому після закінчення процесу зрівноваження , його вихідна величинаY стає рівною усталеному значенню, а значення величини, що вимірюється, можна оцінити як .

У випадку розгортального зрівноваження компенсувальну величину генерує автономне джерело компенсувальної величини, яка змінюється автоматично до тих пір, поки стає таким малим, що починає реагувати пристрій порівняння і подає сигнал на вихідний пристрій про те, що, а джерело компенсувальної величини подає сигнал про значенняХ_k.