Основні структури та характеристики вимірювальних пристроїв.

До недавнього часу вимірювальні прилади складалися з невеликої кількості ланок. В результаті ускладнення вимірювальної задачі – підвищення точності, швидкодії, чутливості, автоматизації вимірювань, розширення діапазону та числа вимірюваних величин та характеристик – структура вимірюваних пристроїв безперервно змінюється, ускладнюється, включає в себе все більшу кількість ланок.

Особливості вимірювальних приладів з розімкненою структурою (приладів співставлення).

С труктури таких вимірювальних приладів мають вид:

а) одноканальна структура,

д е К1… - постійні коефіцієнти перетворення ланок.

б) двоканальна логометрична (вимірюється відношення вхідних сигналів).

Для таких схем рівняння перетворення має вид:

,

де: k_i – коефіцієнт перетворення і-ої ланки;

k_c – загальний коефіцієнт перетворення.

Для забезпечення високої точності та чутливості необхідні висока стабільність к в часі та мала впливовість на нього зовнішніх збурень. Для підвищення чутливості приладу необхідне велике значення к.

Для забезпечення постійності к приймаються міри:

• компенсація впливу зовнішніх факторів (температурна, частотна);

• стабілізація окремих збурюючих факторів (термостабілізація, стабілізація напруги живлення);

• захист або ізоляція від дії впливових зовнішніх факторів (екранування, теплова ізоляція).

Особливості вимірювальних приладів з замкненою структурою (приладів зрівноваження).

С

Пряме коло

труктури приладів зрівноваження мають вид:

Х₀ – вихідна величина міри;

Х_к – компенсуюча величина.

а) з зрівноваженням при зміні відомої величини Х_к.

б ) з зрівноваженням шляхом зміни величини х_п, яка пропорційна вимірювальній х.

в ) комбінована з зрівноваженням шляхом почергової або одночасної зміни х_к та х_п.

Де: х = х-х_к – некомпенсація (діє на виході прямого кола);

Х_к – величина, суворо пропорційна вихідній величині у (вихідна величина зворотнього зв’язку);

Х – невідома величина (компенсуюча величина);

х – використовється для автоматичної підтримки стабільності К;

 - коефіцієнт перетворення ОП;

х_п – величина, пропорційна х.

Некомпенсація х підсилюється в прямому колі. Вихідна величина прямого кола змінюється до тих пір, поки не наступить становище

Х  х_к.

Якщо У – вихідна величина приладу, то рівняння зворотного перетворювача буде:

х_к = У = Х.

Таким чином встановлюється пряма пропорційність між Х та У.

Автоматично зрівноважити прилад, в якому відбувається порівняння двох величин невідомої Х та відомої х_к = к₁х₀ можливо одним з методів:

1. Зміною х_к до величини Х = х_к. В цьому випадку відбувається компенсація Х і завдяки цьому споживання потужності від джерела вимірюваного сигнала мінімальне (схема а). По такій схемі виконана більшість приладів зрівноваження.

2. Зміною величини х_п, пропорційної Х з допомогою керованого передввімкненого маштабного перетворювача К₂ (рис. б) аж до одержання рівняння: х_п = К₂Х = х₀.

3. Почерговою або одночасною зміною відомої величини х_к та величини х_п, пропорційній Х (рис. в) аж до одержання рівності: х_п = ХК₂ = к₁х₀.

Розрізняють дві групи АВП зрівноваження:

1. АВП з статичною характеристикою (АВП з с.х.). Це компенсаційні прилади з глибоким зворотним зв’язком.

2. АВП з астатичною характеристикою (АВП з а.х.). Це автоматичні компесатори (автокомпесатори) постійного та змінного струму, автоматичні мости.

С труктури АВП зрівноваження слідуючі:

ИС – вимірювальна схема приладу;

ИМ – вимірювальний механізм;

РУ – регіструючий пристрій.

а) АВП з с.х.

В цих приладах (рис. а) вихідна величина замкненої частини схеми, як правило напруга або струм. Вона зручна для точного вимірювання вихідними приладами. ОП, як правило – опори або подільники. Вони прості та надійні ланки, відрізняються високою стабільністю.

М – інтегруючий перетворювач (реверсивний двигун).

б) АВП з а.х. першого роду (з однією інтегруючою ланкою).

До цих приладів (рис. б) відносятся автокомпенсатори постійного та змінного струму, автоматичні мости. Вихідною величиною замкненої частини схеми в цих приладах являється кут  або переміщення l, зручні для квантування, точного вимірювання та регістрації. Але зворотні перетворювачі х або lх в цьому випадку більш складні та менш стабільні. Прилади з статичною характеристикою відрізняються від приладів з астатичною характеристикою наявністю інтегруючих перетворювачів (реверсивних двигунів). В залежності від числа інтегруючих ланок розрізняють АВП з а.х. першого роду (з одним двигуном) та АВП з а.х. другого роду – з двома двигунами.