Измерительные устройства состоят из некоторого числа элементов (составных частей), предназначенных для выполнения функций: преобразование поступающего сигнала по форме или виду энергии, успокоение колебаний, защита от помехонесущих полей, коммутация цепей, представление информации и т.п. К элементам измерительных устройств относят: опоры, направляющие, пружины, магниты, контакты, множительно-передаточные механизмы и т.п.
Упрощенная структурная схема приведена на рис. 5.3. В отдельных случаях результат измерения представляется в цифровой форме (кодируется). На вход первичного преобразователя кроме входной величины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Задача подавления чувствительности первичного преобразователя к влияющим величинам относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемными методами. Для решения данной задачи широко применяются дифференциальные ПП. Чувствительные элементы (ЧЭ) таких первичных преобразователей показаны на рис. 5.4.
Рис. 5.3. Структура устройства для измерения не электрических величин: ПП – первичный измерительный преобразователь; ИЦ – измерительная цепь; ОУ – отчетное устройство, в качестве которого используют электроизмерительный показывающий прибор
б)
a)
Рис. 5.4. Чувствительный элемент дифференциального индуктивного датчика
При воздействии измеряемой величины Х на ЧЭ дифференциального ПП на выходе его формируются два сигнала, направленных навстречу друг другу. Разность этих сигналов поступает в измерительный канал, состоящий из преобразователей и измерительного прибора. Например, ЧЭ индуктивного дифференциального первичного преобразователя (рис.5.4, б) состоит из двух одинаковых неподвижных сердечников с обмотками и одного общего якоря, при перемещении которого на расстояние Х изменяются индуктивности L1 и L2 обмоток. При перемещении одна из индуктивностей увеличивается, а другая – уменьшается. Аддитивная составляющая погрешности преобразования дифференциальных первичных преобразователей существенно меньше, чем у недифференциальных, так как погрешности, вызванные влияющими величинами, взаимно компенсируются, а реакция на изменение неэлектрической величины гораздо сильнее.
Большое разнообразие средств измерения неэлектрических величин определяет необходимость унифицирования методов и средств преобразования результатов измерения. При этом следует учесть, что выходной сигнал первичного преобразователя X поступает в преобразовательный элемент измерительной цепи преобразования измерительной информации, структурные схемы которого зависят от типа первичного преобразователя, его выходной мощности, а также от требований к точности и быстродействию измерительного устройства.
XY
Рис. 5.5. Структурные схемы средства измерения прямогопреобразования
На рис. 5.5, 5.6 приведены схемы измерительных устройств прямого действия (прямого преобразования) и сравнения (уравновешивающего или компенсационного преобразования).
На рис. 5.5 измеряемая физическая величина Х поступает в чувствительный элемент 1, где преобразуется в другую величину, удобную для дальнейшего использования (ток, напряжение, давление, перемещение, сила), и поступает на промежуточный преобразовательный элемент 2, который обычно либо усиливает поступающий сигнал, либо преобразует его по форме (элемент 2 может отсутствовать). Выходной сигнал элемента 2 поступает к измерительному механизму 3, перемещение элементов которого определяется с помощью отсчетного устройства 4. Выходной сигнал Y (показание), формируемый измерительным прибором, может быть воспринят органами чувств человека.
XY
Рис. 5.6. Структурные схемы средства измерения уравновешивающего преобразования
Схема измерительного прибора, основанного на методе уравновешивающего преобразования, показана на рис. 5.6, для которой характерно наличие отрицательной обратной связи. Здесь сигнал Z, возникающий на выходе чувствительного элемента, поступает на преобразовательный элемент 5, где осуществляется сравнение двух величин (элемент сравнения), поступающих на его вход. Кроме величины Z на выход элемента 5 подается величина с противоположным знаком Zур (уравновешивающий сигнал), которая формируется на выходе обратного преобразовательного элемента 6. На выходе элемента 5 формируется сигнал, пропорциональный разности значения величин Z и Zур. Этот сигнал поступает в промежуточный преобразовательный элемент 2, выходной сигнал которого поступает одновременно на измерительный механизм 3 (ИМ) и на вход обратного преобразовательного элемента 6. В зависимости от типа промежуточного преобразовательного элемента 2, при каждом значении измеряемого параметра и соответствующем ему значении Z, разность Z – Zур, поступающая на вход элемента 5, может сводиться к нулю или иметь некоторое малое значение, пропорциональное измеряемой величине. В этих схемах отсутствует измерительный механизм и отсчетное устройство, поскольку сигнал измерительных преобразователей имеет форму, недоступную для восприятия человеком. В то же время в составе измерительных преобразователей, имеется оконченный преобразовательный элемент 7, который формирует выходной сигнал (усиливает его по мощности, преобразует в частоту колебаний и т.д.) для его передачи на расстояние, хранения и обработки.
Измерительные цепи (ИЦ) прямого преобразования, в свою очередь, делятся на работающие с генераторными и параметрическими первичными преобразователями. Основным принципом построения ИЦ прямого преобразования с генераторными ПП является принцип согласования выходных и входных сопротивлений последовательно включенных преобразователей, обеспечивающий минимальные потери измерительной информации в канале преобразования. С параметрическими ПП используются три вида измерительных цепей прямого преобразования (рис 5.7): цепи последовательного включения (а), цепи в виде делителей (б) и цепи в виде небалансных (неравновесных) мостов (в).
ИМ
Е
R 0
x
ИМ
Е
R 0
x
R 1
ИМ
R 3
x
R 1
R 2
R 4
Е
a)
б)
в)
Рис 5.7. Измерительные цепи приборов для измерения неэлектрических величин с параметрическими датчиками
Измерительные цепи последовательного включения и в виде делителей отличаются общим недостатком – наличием выходного сигнала при отсутствии входного. В неравновесных мостах этот недостаток устранен. Кроме того, ИЦ на основе небалансных мостов имеют больше возможностей, так как параметрические первичные преобразователи могут быть включены в одно, два или все четыре плеча моста, что соответствует увеличению выходной мощности ИЦ, т. е. повышению ее чувствительности.
Выходным интерфейсом средства измерения является отсчетное устройство (ОУ), предназначенное для регистрации показаний. Под показаниями средства измерений понимают значение измеренной величины, определяемое по отсчетному устройству и выраженное в принятых единицах этой величины. Отсчетное устройство представляет собой цифровое табло или шкалу с указателем. Для шкальных отсчетных устройств принято использовать ряд понятий, иллюстрированных на рис. 5.8.
Градуировочная характеристика средства измерений – зависимость между значениями величин на выходе и входе средства измерений, составленная в виде таблицы, графика или формулы.
Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.
Диапазон измерений – область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерений.
Рис. 5.8. Шкальное устройство измерительного средства
Предел измерений – наибольшее и наименьшее значения диапазона измерений.
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
