Измерительный преобразователь

В

Лекция 8

Классификация средств измерения

По дополнительным функциям:

I) показывающие

II) регистрирующие

III) регулирующие

Показывающие только измеряют и показывают. (Ex) 0 1 2 3 4 5

Регистрирующие измеряют и регистрируют (фиксируют) результат.

На чём фиксируют? Например:

на Бумаге (визуальный сигнал)

на Фотоплёнке (визуальный сигнал)

на Магнитной ленте (невизуальный сигнал; информация требует воспроизведения (как на магнитофоне))

на Экране ЭЛТ (визуальный сигнал)

на Цифровом дисплее (визуальный сигнал)

Самая высокая плотность записи информации – на магнитной ленте.

Примеры регистрирующих приборов:

1) самопишущий прибор (на бумаге)

Низкочастотный сигнал, до единиц герца. перфорация

продвижение

бумага X -?

2) Быстрозаписывающие самопишущие приборы (БСП)

Сигнал более 100 Гц. B

3) Двухкоординатные самописцы

Y = f(X) Н

На рисунке:

Вход 1. U ÷ Y Вход 2. U ÷ X

4) Магнитограф Магнитная до 11

лента … магнитных дорожек

5) Светолучевой осциллограф

Достоинствами являются широкий частотный диапазон и одновременное проецирование до 8 сигналов на экран (на фотоплёнку).

6) Электронный осциллограф

Основной элемент – электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с электростатическим управлением лучом.

Однолучевым осциллограф называется тогда,

когда на его экран проецируется только одна кривая, А

т.е. одна функциональная зависимость.

Если хотим больше зависимостей на одном экране, Экран ЭЛТ

Берём многолучевой осциллограф.

Б

К

Примечание

Существуют и цифровые осциллографы.

Регулирующие средства измерения умеют подавать сигнал на включение и выключение прибора, сигнал при опасности.

Регулирующие средства измерения бывают: а. измерительные

б. управляющие чем-то

Пример управляющих регулирующих приборов

На электроподстанции можно заметить следующие приборы.

A mV   P f

На большом табло «висят» следующие приборы:

Амперметр

Вольтметр

Измеритель мощности (перемножитель)

Частотомер

И мало ли чего ещё. Так вот, этот щит занимает довольно много места и смотрящий (назовём его так) может просто не уследить за какими-то данными, не принять соответствующие меры, что может спровоцировать аварию.

А заменим-ка мы все приборы на табло на регулирующие, которые меньше по своим габаритам и способны сами предупредить о превышении норм показаний.

A V P f …  

Отношение сторон у такого щита

a:b = 10:1

Такие сборники приборов называются

b узкопрофильными.

а

Пример узкопрофильного прибора

  0 1 2 3 4 …

Узкопрофильный прибор

Световое пятно Фоторезистор

(заяц), световой указатель

R_ФР Фоторезистор

Шириною менее одного (мм)

ΔR_ФР

Свет

Свет 1 Свет 2

R_ФР

  ЭС

R_ФР = F(Ф)

Где Ф – световой поток

R_ФР Управляющий сигнал:

на звонок, реле, лампу…

ЭС – электрическая схема

Рассмотрим однопозиционное модулирование

Пусть I = 0 ÷ 4 А – норма. При I > 4 А – авария.

Пожалуйста, ставим фоторезистор на четыре ампера и вперёд.

  0 1 2 4 6 7

Перепад сопротивления -

модулируется сигнал.

Рассмотрим двухпозиционный модулятор.

Пусть I = 0 ÷ 4 А – норма. При I > 4 А – авария, I < 1 А – авария.

  0 1 2 4 6 7

Таким образом – ограничивается рабочий диапазон. Величина превысила «потолок» - в ЭС модулируется сигнал, например, на отключение. Значение зашло глубоко к нулю – снова ЭС модулирует сигнал.

Определение

Измерительный преобразователь – это средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измеряемой информации в форме, позволяющей его передавать, преобразовывать и т.д., НО недоступной для глаза наблюдателя.

Из. Пре.

X Y

Вход Выход

На входе – различная физическая величина. На выходе – электрический сигнал на передачу.

На входе может быть всё что угодно: электрическая величина, магнитная, химическая, неэлектрическая. На выходе получаем такой электрический сигнал, который можно регистрировать, передавать и т.д.

Здесь нет отсчётного устройства.

Основная характеристика прибора – функция Y = f(X). Это в идеале она однозначна, а в реальности может быть и гистерезис.

ИП

Если ИП разломать, то внутри может оказаться несколько ИП: первичный и вторичный.

ПИП

ВИП

X Y

Обозначения

ПИП – первичный ИП - это тот, что реагирует на входной сигнал

ВИП – вторичный – принимает первичный и преобразует его в электрический сигнал

В последнее время всё чаще применяются измерительные преобразователи с унифицированным выходным сигналом (ИПУВС).

ИПУВС

X? Y

Измеряемая величина Электрический сигнал

К Y электрическому сигналу предъявляются определённые требования:

I

i. Может быть постоянным/переменным напряжением

ii. Током

iii. Частотой

iv. Фазой

v. Может быть кодом

II

Зависимость выходной величины от входной должна быть линейна.

Y b

Линейная зависимость

a

X

III

Максимальные значения – по току 100 мА; по напряжению – 30 мВ.

Примечание

ИПУВС X*   X** ………………

Все ИПУВС выпускаются в определённом техническом оформлении.

ЧЭ

ПФВ

МП

ФП

АУП

X? Y

ГР

Любая величина Унифицированный

выходной сигнал

На вход может подаваться, например: механическое воздействие, момент вращения, давление, температура, концентрация, газ и прочее.

Обозначения

ЧЭ – чувствительный элемент

ПФВ – преобразователь физической величины

МП – масштабный преобразователь

ФП – функциональный преобразователь

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ГР – гальваническая развязка

Y а

Линейность

б

X

ЧЭ должен реагировать на малое изменение измеряемой величины.

X*

очень а г

много б

в X

очень мало

Закон распределения может быть любой: возрастающий, падающий, линейный, нелинейный.

Задача ЧЭ – на выходе получить реакцию, любую, но с хорошей точностью.

ПФВ X** б

а

в X*

Задача – получить возрастающий закон, любой.

МП

Умеет увеличивать или уменьшать сигнал. Преобразовать сигнал в определённое число раз с высокой точностью. Классическим представителем МП является шунт, делитель напряжений, усилитель, трансформатор.

ФП

Задача – из нелинейного закона сделать линейный.

АЦП

На входе некоторая величина. АЦП преобразует непрерывную величину в дискретную

ГР

Все устройства должны быть защищены от помех, чтобы устройство реагировало на сигнал, а не на помеху.

Кое-что про ГР.

Существуют два вида помех:

1) Нормальная (помеха нормального вида)

2) Помеха общего вида

И вот ГР позволяет повысить помехозащищённость.

Пример

Помеха нормально вида

Источник Полезного Сигнала R_i

Приёмник R_ВХ Полезного Сигнала

Провод

E_X

E_ПОМ

Провод

Помеха общего вида

E_ПОМ

E_X

Приёмник R_ВХ Полезного Сигнала

Источник Полезного Сигнала R_i

Провод

E_ПОМ

Провод

R_ПОМ

Общая помеха

В качестве гальванической развязки ставим трансформатор

Измерительные преобразователи неэлектрических величин.

ИП

X Y

н/электрическая электрическая

Такие устройства делятся на:

1) Генераторные

Под действием X → Y – ЭДС или заряд

2) Параметрические

Под действием X → Y меняет параметры: ΔR, ΔC, ΔL, ΔM, … Такие приборы требуют внешнего источника питания.

Пример

Пусть X – температура t^o

a) Берём термопару

t₀ E = Y E = k(t_X – t₀)

горячий спай t₀ – const

t_X = X

б) t_X = X R

термометр сопротивление

R R = f(t_X) полупроводниковый термистор

А

  R

БП

(металл) t^o

R ΔR

I = f(ΔR)

Для маломощных t₁ t₂ t^o

Дата добавления: 2014-01-04