Раздел 4. Измерение неэлектрических величин. Выбор электроизмерительных приборов Тема 4.1 Параметрические и генераторные преобразователи

Студент должен

знать:

• классификацию преобразователей;

• функциональную схему измерения неэлектрических величин.

Функциональная схема измерения неэлектрических величин. Классификация преобразователей, параметрические и генераторные преобразователи. Применение преобразователей для измерения перемещения, давления, температуры, уровня, состава газа и т.п.

Материал для изучения

Трудно назвать область деятельности человека, которая не была бы связана с необходимостью измерения различных физических, преимущественно неэлектрических, величин. В большинстве случаев целесообразно, а иногда и единственно возможно измерять как электрические, так и неэлектрические величины электрическими методами. К неэлектрическим величинам, измеряемым электрическим методами, относятся:

• механические – величины силы и механические напряжения, действующие в деталях машин, механизмов и металлических конструкциях стационарных и движущихся объектов, в частности судов; перемещения (поступательные и вращательные) различных узлов и деталей в механизмах управления промышленными и транспортными установками (штурвалов, клапанов, задвижек, люков); скорость движения, ускорение, амплитуда и частота вибраций различных деталей и устройств; давление жидкости и газов в трубопроводах, котлах и других объектах;

• тепловые – величины, характеризующие режим работы и состояние энергетических, в частности судовых, установок; процессы, происходящие в гидросфере, атмосфере Земли и планет, космическом пространстве, организмах людей и животных и т.д.;

• величины, характеризующие химический состав веществ, в частности наличие примесей в воде, питающей котлы и охладители энергетических установок, в смазочном масле и т.п.

Рис. 4.1.1 Упрощенная структурная схема измерения неэлектрической величины электрическим методом

Приведенный далеко не полный перечень неэлектрических величин, измеряемых электрическими методами, дает представление о разнообразии этих величин, различии пределов и точности их измерения. Следствием этого многообразия является различие устройства средств, служащих для измерения величин: некоторые могут быть отнесены к категории измерительных приборов, например прибор для измерения температуры выпускных газов судового дизеля; другие представляют собой сложные телеметрические информационно-измерительные системы с радиусом действия в миллионы километров, таково, в частности, устройство дл определения на Земле температуры космонавта, находящегося в полете. Однако в состав каждого такого средства входит преобразователь неэлектрических величин в электрические. Этот преобразователь является начальным звеном рассматриваемых средств измерения и называется первичным.

Один и тот же преобразователь может быть применен в различных по устройству средствах, служащих для измерения данной неэлектрической величины. Электрический термометр сопротивления, например, может быть использован для измерения температуры человека с отсчетом показаний на расстоянии 2 – 3 м от него и для измерения температуры воздуха на метеорологической площадке с отсчетом показаний на расстоянии 300 – 500 м.

Основные достоинства измерения неэлектрических величин электрическими методами:

• Дистанционность электрических измерений, т.е. возможность измерения на расстоянии.

• Простота изменения чувствительности средства измерения; это позволяет легко устанавливать требуемый минимальный диапазон измерения и дает возможность увеличить точность отсчета значения измеряемой величины.

• Применение для регистрации или наблюдения быстро или сложно изменяющихся во времени неэлектрических величин электрических регистрирующих приборов, в том числе светолучевых или электронных осциллографов.

• Удобство (возможность) введения измерительной информации о значениях неэлектрических величин в устройства автоматического управления и защиты контролируемых объектов, а также в электронные вычислительные устройства.

Упрощенная структурная схема измерения неэлектрической величины электрическим методом приведена на рис. 4.1.1. Первичный измерительный преобразователь 1 воспринимает измеряемую величину Х_нэ и преобразует ее в электрическую Y_э1 соответственно функции преобразования . Эта величина, называемая аналогом измеряемой неэлектрической величины Х_нэ, с помощью измерительной линии 2 передается на электроизмерительный, показывающий, регистрирующий или интегрирующий прибор 3 в виде величины . Различие и обусловлено потерей части измерительной информации в преобразователе, т.е. внесением измерительной линией дополнительной погрешности в процесс измерения. Электрическая величина измеряется электроизмерительным прибором и преобразуется в угол  отклонения указателя, в цифру N или в ординату графика h [, N или h есть ]. Решая уравнения , , а также, например, = совместно, получим функцию преобразования данного средства, служащего для измерения неэлектрической величины электрическим методом.

Ввиду большого разнообразия и сложности средств измерения неэлектрических величин далее рассматриваются только первичные измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические.

Первичные преобразователи и приборы, выполненные с их применением, классифицируются по разным признакам. Ниже приведена классификация по роду выходного сигнала первичного измерительного преобразователя, т.е. величины Y_э1. Согласно этой классификации преобразователи делятся на параметрические и генераторные. К первым относятся преобразователи, представляющие любую неэлектрическую величину в виде активного, индуктивного или емкостного сопротивления, ко вторым - преобразователи, выходным сигналом которых является электродвижущая сила.