Поршневые манометры

Поршневые манометры – манометры, в которых действующее на поршень давление преобразуется в силу и определяется по значению силы, необходимой для ее уравновешивания. В наиболее распространенных манометрах уравновешивание производится весом грузов – грузопоршневые манометры.

Три класса.

1) 0,01; 0,02

2) 0,05

3) То что хуже

Назначение метрология. Обеспечивают высокую точность измерения давлений. Каждый манометр высшего разряда используется для манометров более грубых.

Каждый манометр состоит из трех частей: измерительная колонка,

Рисунок Списать.

Поправки:

- поправка на температуру. С изменением ее площадь поршня меняется.

- на изменение эффективной площади поршня от давления. Поправка не велика.

- подстановка значение ускорения свободного падения в месте проведения опыта в нашу задачу.

, h – высота над уровнем моря.

- поправка на потерю веса грузов в воздухе.

Для грузопоршневых манометров:

- МП 04(верхний предел измерения в кгс/см²) класс 0,2

- МП 2,5 класс 0,02

- МП 6 класс 0,02 и 0,05

- МП 60 класс 0,02 и 0,05

- МП 600 0,05

- МП 2500 0,05

Все эти манометры имеют существенную особенность – у них простая поршневая пара. Бывают сложные случаи – поршневую пару можно сделать двухступенчатой, тогда она будет работать как усилитель или как ослабитель; можно поставить насколько поршневых пар в ряд; дифференциальный поршневой манометр – когда, предельным случаем такой ситуации является вакууметр, например МПА 15 с классом точности 0,01.

Манометр – эталонный метрологический приборЮ служащий для точного измерения давления.

Электрические манометры

Для измерения сверхвысоких (10-30 тыс. атм.), быстро меняющихся давлений и для измерения небольшой разности давлений ( 5*10^-5 мм Hg).

Пьезоэлектрические манометры.

Принцип действия основан на возникновении электрических зарядов при деформации сегнетоэлектрического кристалла

Манометр сопротивления.

R сопротивление проводника при отсутствии давления.

, – маленький коэффициент.

Самый типичный представитель – манганиновый манометр Жаховского.

Цифровая измерительная техника

Существуют приборы с цифровым выходом.

Преимущества:

- объективный способ отсчета показаний

- отсутствие потерь при передаче информации на любые расстояния

- облегченные условия записи показаний при подключении к ЭВМ

- возможность многократного дублирования и ветвления информации при ее передаче

- возможность участия передаваемого сигнала в исследуемом процессе и отдельных его элементах

- отсутствие дрейфа, шумов, наводок

- возможность малой инерционности регистрирующего устройства и возможность исследования быстро протекающих процессов.

Недостатки:

- более высокая стоимость по сравнению с аналоговыми приборами тех же параметров

- не всегда цифровая индикация более удобна для человека (обычные стрелочные часы)

- определенная потеря точности (небольшая потеря есть)

Дискретный кодированный сигнал – сигнал, у которого информация заложена не в размере величины, используемой для ее передачи, а в количестве сигналов и их взаимном расположении. Дискретный в отличии от непрерывного может иметь только конечное число значений.

Систему определенных правил, используемую для представления информации посредством цифр или дискретных сигналов называют кодом.

Чтобы преобразовать обычный непрерывный сигнал в дискретный набор цифр , нужно употребить две процедуры:

- дискретизация – преобразование непрерывной величины в дискретную путем сохранения только некоторых ее значений, взятых в определенные промежутки времени. Интервал времени – шаг дискретизации (интервал между соседними значениями, может быть как постоянный, так и переменный). Дискретизация бывает равномерная и неравномерная

- квантование – преобразование путем замены ее мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями, рад или совокупность которых образованы по определенному закону с помощью мер. Расстояние между двумя ближайшими детерминированными значениями называется ступенью квантования. Может быть как постоянной, так и переменной величиной.

Точность информации определяется шагом дискретизации и ступенью квантование

Цифровое кодирование – получение при определенной системе правил цифрового значения квантованной величины в виде определенной комбинации чисел.

Аналого-цифровое преобразование – измерительный процесс, включающий в себя в общем случае дискретизацию, квантование и кодирование непрерывной входной физической величины, а измерительный преобразователь, автоматически осуществляющий этот процесс – аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

Чтобы получить из АЦП ЦИУ (цифровое измерительное устройство) нужно его дополнить входным аналоговым преобразователем и отсчетным устройством.

Схема АЦП:

Схема ЦИУ:

Единственным общим отличительным признаком ЦИУ является автоматизм аналого-цифрового преобразования.

Правила (какие цифровые коды используются в ЦИУ):

- натуральный двоичный код. К каждому ставиться в соответствие , , как правило 2, .

Недостаток – может использоваться только для положительных цифр. Чтобы можно было пользоваться отрицательными вводится прямой код для знака.

- двоично-десятичные коды. Каждая значащая десятичная цифра представляется четырмя двоичными знаками. Самый банальный вариант 8-4-2-1, тогда любое число представляется в нем в виде , . Может быть 2-4-2-1, тогда , может быть 4-2-2-1 и разные перестановки.

Пять методов преобразования непрерывной величины:

1) Время-импульсный

Условно имеется некоторый отрезок х, и имеем квант длинны, назовем его q, прикладываем его по отрезку и когда перескочили отрезок, округляем в меньшую сторону, получаем целое число приложений. Можно привести пример весы.

Характерная черта – последовательный счет повторяющейся мелкой единичной меры (квантом) до приближения полученной суммы к значению измеряемой величины.

2) Частотно-импульсный. Нет мелкой меры кванта, мы хотим измерить длину шара. Есть например дорога 100 м, мы шагаем, потом . M – количество шагов.

Характерная черта – последовательный счет измеряемой величины до приближения полученной суммы к значению крупной меры.

3) Кодо-импульсный метод. Нужно иметь набор мер, отличающихся друг от друга, например в 2 раза. Нужно иметь меры, по размеру аналогичные набору 2⁰, 2¹, 2², …. . Прикладываем отрезочки (для сантиметров). Число, полученное в результате прикладывания (0 или 1) будет представлять собой двоичный вид нашей величины.

Аналогичные приемы могут быть рассмотрены и на весах. Нужно чтоб гирьки были 2, 4, 8, 16 ….

Характерная черта – наличие нескольких мер, кратных кванту, и соотносящихся между собой, как коэффициенты кода.

4) Метод пространственного кодирования. В отличие от предыдущего надо иметь некоторую маску (двоичную линейку), к которой будем прикладывать измеряемую величину.

Характерная черта – наличие кодовой маски, содержащей всевозможные кодовые комбинации и считывание одного из двух состояний для каждого разряда и получим преобразованную величину.

5) Не имеет названия.

Например надо измерить длину отрезка, а в мешке лежат проволоки, олицетворяющие собой последовательный набор квантов q, 2q, 3q, ….. Дальше проволочки достаем и прикладываем к отрезку. Если меньше отрезка то налево, если больше то направо. Потом считаем в левой кучке.

Характерная черта – одновременное сравнение измеряемой величины с множеством мер, отличающихся друг от друга на один квант.

Элементная база цифровых измерительных устройств

1 поколение:

Электронные лампы, резисторы, конденсаторы. Малое быстродействие, малая надежность, большое потребление энергии, большой размер

2 поколение:

Появление полупроводниковой техники. Ферритовые кольца. Возросло быстродействие, уменьшился вес.

3 поколение:

Микросхемы с малым и средним уровнем интеграции

4 поколение:

БИС (большие интегральные схемы) и прочие чудеса современной радиотехники.

Развивается в направлениях миниатюризация, быстродействие, увеличение тактовой частоты.

Основные функциональные узлы ЦИУ

Триггер – электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями равновесия. Важен и интересен потому, что последовательное соединение нескольких триггеров образует собой счетчик импульсов.

На вход подается последовательность импульсов. Допустим что переключение состояния триггера происходит по заднему фронту импульса. Тогда на другом триггере получаем.

Получили уровни. Тот же самый двоичный код.

Дешифратор – преобразует числа по одному основанию в записанные по другому основанию. Несложен.

Операционные усилители – преобразуют аналоговые сигналы.

Сравнивающее устройство – когда сравниваем два сигнала, то важно определить наличие разности …..Состоит из дифференциального усилителя и порогового элемента.

Это все в идеале. Но в реальности все по-другому.

Другие технические характеристики – время задержки и порог срабатывания. Технически это микросхема.