Отсчет и фиксирование показаний в средствах измерений

Для отсчета показаний в аналоговых приборах служит отсчетное уст­ройство, в цифровых – устройство индикации.

Отсчетное устройство состоит из стрелочного указателя и шкалы (для показывающих приборов) или из шкалы, стрелочного указателя, пера либо печатающей каретки, механически связанных с указателем, и диаграммы (для регистрирующих приборов). В приборах с малым вращающим моментом применяется световой указатель.

Шкала представляет собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответствующих ряду последовательных значений величины, в единицах которой получают показание средства измерений. Отметки шкалы, у которых проставлены числовые значения, называют числовыми. Промежуток между двумя соседними отметками шкалы называется делением шкалы.

Цена деления шкалы – разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Шкала с постоянными делениями и постоянной ценой деления называется равномерной.

Показанием средства измерений называется значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах измеряемой величины. Наименьшее и наибольшее значения измеряемой величины, указанные на шкале, называют соответственно начальным и конечным значениями шкалы. Область значений, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы, называется диапазоном показаний.

Часть диапазона показаний, для которой нормированы пределы допускаемых погрешностей средства измерений, называется диапазоном измерений. Наименьшее и наибольшее значения диапазона измерений называются соответственно нижним и верхним пределами измерений.

Шкалы бывают односторонними, двусторонними и безнулевыми. В односторонних шкалах один из пределов измерения равен нулю (0–100 В; 50–0 Па), в двусторонних нулевое значение расположено на шкале (-50...0...+100 С; -5...0...+5 В), в безнулевых – нулевое значение на шкале отсутствует (10–50 мА). По начертанию различают шкалы прямолинейные (профильные) и угловые (рис. 10) [12].

а б в

Рис. 10. Виды шкал: (а – угловая, двухсторонняя равномерная; б – про­фильная вертикальная безнулевая; в – профильная горизонтальная

односторонняя неравномерная

Рабочие измерительные приборы имеют обычную (незеркальную) шкалу и копьевидный стрелочный указатель. Образцовые приборы, как правило, снабжаются ножевидным стрелочным указателем и зеркальной шкалой.

Как и показывающие, аналоговые самопишущие приборы (СП) разделяются на электромеханические и электронные.

В электромеханических СП могут применяться различные систе­мы преобразователей электрической величины в механическую. Но чаще всего — это магнитоэлектрический измерительный механизм.

Принцип действия простейшего электромеханического (магни­тоэлектрического) СП основан на взаимодействии под­вижной катушки (рамки) 3 с током (пропорциональным исследу­емому сигналу) с полем постоянного магнита 1.

Отсчетное устройство самопишущего прибора изображено на рис. 11. Оно состоит из шкалы 8, стрелочного указателя 7, пера (или печатаю­щей каретки) 4 и диаграммы 6. Регистрация показаний осуществляется в виде сплошной линии, вычерчиваемой пером на диаграмме либо в виде цифр, выпечатываемых кареткой.

Рис. 11. Устройство регистрирующего прибора: 1 — постоянный магнит;

2 – ось, 3 — катушка; 4 — перо, 5 — двигатель, 6 – бумага с диаграммой

8 – шкала

Карет­ка через определенный интервал времени, в течение которого к прибору подключается одна из измеряемых величин, проворачивается и прижима­ется к диаграмме, оставляя на ней оттиск цифры, номер которой соответствует номеру измеряемой величины.

Отсчетное устройство приборов со световым указателем показано на рис. 12.

Рис. 12. Устройство светолучевого осциллографа: 1 – источник света;

2 – конденсор; 3 – диафрагма; 4 – зеркало; 5 – постоянный магнит;

6 – рамка; 7 – полупрозрачное зеркало; 8 – фотопленка (фотобумага);

9 – зеркальный многогранник; 10 – матовый экран

Луч света от лампы 1 проходит через оптическую систему линзы 2 и диафрагму 3, теневая линия (волосок, который после отра­жения от зеркала 4, укрепленного на подвижной части (рамке 6) прибора, проецируется на фотопленку 8 и/или матовый экран 10. Развертка во времени осуществляется равномерным движе­нием носителя (бумаги, пленки) и вращением зеркального много­гранника 9.

В цифровых измерительных приборах получили распространение сле­дующие устройства индикации: газоразрядные, светодиодные и на жидких кристаллах.

Цифровая газоразрядная лампа имеет десять проволочных катодов в форме цифр от 0 до 9 или других знаков (+, -, V, Ом и др., расположенных один за другим, и аноды. При наличии напряжения между анодом и одним из катодов вокруг последнего появляется яркое свечение, имеющее форму соответствующей цифры или знака на стеклянном торце лампы. Число ламп соответствует числу десятичных разрядов устройства индикации.

В цифровых приборах со светодиодами цифры образуются из точечных или штриховых сегментов. Световое излучение возбуждается в результате полупроводникового эффекта, заключающегося в перемещении носителей зарядов (электронов и дырок) с одного электрического уровня на другой и обратно. Перемещение носителей зарядов сопровождается рекомбинацией электронов и дырок, при которой часть энергии отдается в виде излучения.

На рис. 13, а показан цифровой индикатор со штриховыми сегмен­тами. Подключение тех или иных, в зависимости от требуемой цифры, сегментов осуществляется кодовым преобразователем.

а б

Рис. 13. Цифровые индикаторы: а – светодиодный, б – на жидких

кристаллах

Ячейка состоит из двух параллельных стеклянных пластинок, между которыми помещено жидкокристаллическое вещество. Внутренняя поверхность пластин покрыта токопроводящим слоем. При отсутствии напряжения на обкладках ячейка прозрачна. Если к обкладкам приложить напряжение, то молекулы веществаориентируются относительно электрического поля (вдоль или поперек), а возникающий поток ионов стремится нарушить эту ориентацию, что визуально воспринимается как помутнение отдельных участков ячейки. Конфигурация темных участков (форма цифры или дру­гого знака) определяется приложенным напряжением, значение которого устанавливается кодовым преобразователем в зависимости от значения из­меряемой величины на входе преобразователя. Возбуждение световой эмиссии начинается, как только на ячейку попадает свет.

В цифровых и микропроцессорных измерительных приборах широко распространены цифропечатающие устройства (ЦПУ). По способу получе­ния изображаемых знаков различают механические и немеханические ЦПУ. В группе механических ЦПУ процесс печатания информации осно­ван на создании механическим путем ударного давления между печатающим органом и носителем информации – бумагой.

Механические ЦПУ не отличаются высокой надежностью и, кроме того, создают при работе значительный по уровню шум.

Из немеханических ЦПУ наиболее перспективными являются электро­термические, в которых используется изменение цвета бумаги при ее контакте с электронагреваемой до 80–100 ºС термопечатающей головкой (ТПГ), являющейся литероносителем. Достижения в области микроэлек­троники позволили создать нагревательные элементы малого размера и строить их на основе термопечатающей головки с управлением от больших интегральных схем (БИС).

Термопечатающие головки по способу образования знака делятся на два класса: сегментные, формирующие знаки комбинацией сегментов, и то­чечные, воспроизводящие знаки комбинацией точек.

Как правило, ТПГ находится в постоянном контакте с термочувстви­тельной бумагой с фиксированным усилием прижима. Поэтому в электротермических печатающих устройствах число механических подвижных узлов, задача которых сводится к транспортированию бумаги, минимально, все остальное управление обеспечивается электронными схемами устройства управления прибора. Электротермические ЦПУ по­зволяют печатать до 160 знаков в секунду.

Контрольные вопросы

1. На чем основан принцип работы электромеханических приборов?

2. На чем основан принцип работы электромагнитных приборов?

3. Принцип работы электродинамических приборов.

3. Принцип работы индукционных приборов.

4. Электростатические приборы.

5. Приборы термоэлектрической системы.

6. Способы установки подвижной части прибора.

7. Виды успокоителей в приборах.

8. Отсчет и фиксирование показаний в средствах измерений.

Дата добавления: 2015-04-30