- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3. Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4. Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2. Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4. Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
5.3.2. Основные характеристики рип:
1) уравнение преобразования R = f(x);
2) чувствительность к входной величине S = dR/dx;
3) начальное значение сопротивления R0 (обычно при Т = 0 или 20 0С);
4) диапазон преобразования;
5) погрешность.
Рассмотрим наиболее часто применяемые группы резистивных преобразователей.
5.3.3. Реостатные преобразователи
Реостатные преобразователи представляют собой регулируемые омические сопротивления специального изготовления. Естественной входной величиной реостатного ИП является перемещение (линейное или угловое), выходной - сопротивление.
По конструкции реостатные ИП можно разбить на три группы:
1) реохордные ИП;
2) ИП со ступенчатой характеристикой;
3) нелинейные ИП.
Реохордные преобразователи (рис 5.3 а) представляют собой натянутую проволоку 1, по которой перемещается движок 2. Характеристика преобразования такого ИП линейная.
Реостатные ИП со ступенчатой характеристикой выполняются из провода 1 диаметром 0,02 - 0,1 мм, намотанного с равномерным шагом на каркас 2, по которому перемещается подвижная токосъемная щетка 3 (движок) (рис. 5.3 б).
а) б) в) г)
Рис. 5.3
Число витков реостатного ИП обычно не менее 100 [3].
Каракасы могут выполняться в виде пластин, цилиндра, кольца и др.
Изменение сопротивления реостатного преобразователя при перемеще- нии подвижного контакта достигает 90 % от номинального сопротивления.
Выходное сопротивление R реостатного преобразователя в зависимости от перемещения движка Х может быть определено из выражения
Х
R = R1n0p dx, (5.10)
0
где R1 - сопротивление одного метра провода; n0 - число витков на единицу длины преобразователя; р - периметр каркаса.
Нелинейные реостатные ИП можно получить, выбирая соответствующую форму каркаса (рис. 5.3 в). Например, для получения определенной нелинейной зависимости можно применить фигурные каркасы, сечение которых изменяется по длине, а толщина b каркаса остается постоянной. Для заданной характеристики f(x) переменная высота намотки h этого преобразователя находится по формуле
где q - сечение провода; - удельное сопротивление материала провода.
Нелинейную зависимость позволяют получить преобразователи со ступенчатым каркасом (рис. 5.3 г). Такое выполнение каркаса обеспечивает кусочно-линейную аппроксимацию требуемой зависимости.
Для изготовления реостатных ИП используются провода из манганина, константана, нихрома, фехраля. Использование микропровода позволяет получить реостатные ИП размером 5 х 5 мм. В ответственных случаях используются провода из сплава платины с иридием (90 % Pt + 10 % Ir). Каркасы выполняются из текстолита, пластмассы, алюминия. Движок (щетка) выполняется либо из двух-трех проволочек из сплава платины с иридием или с бериллием, или в виде пластинчатых щеток из серебра или фосфористой бронзы.
Погрешности реостатных преобразователей
1. Погрешность дискретности (квантования)
Сопротивление большинства реостатных ИП изменяется ступенчато (кроме реохордных), что приводит к погрешности дискретности (квантования). Погрешность дискретности определяется по формуле
= R1/2 R = 1/2n, (5.12)
где R1 - сопротивление одного витка; R - полное сопротивление ИП; n - число витков.
Реально полоса неопределенности реостатного ИП определяется не только погрешностью квантования, но и шумом, «генерируемым» движком при его движении (вариации контактного сопротивления, временное разъединение движка и контактной дорожки, ЭДС трения и т. д.). В целом погрешность нуля реостатных ИП равна (2/n - 1/n) [10].
2. Температурная погрешность
При изменении температуры преобразователя изменяется его сопротивление. Величина температурной погрешности определяется, прежде всего, температурным коэффициентом сопротивления материала чувствительного элемента. Обычно ТКС материалов провода реостатного ИП не превышает 0,1 % на 10 ОС.
Области применения реостатных ИП
Реостатные преобразователи применяются для измерения линейных и угловых перемещений и величин с ними связанных (давлений, сил, уровней и т. д., а также в качестве обратных преобразователей автоматических мостов и компенсаторов).