4. Измерительные преобразователи

Измерительный преобразователь (ИП) – техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейшей передачи или индикации.

Конструктивно обособленный преобразователь, часто вынесенный на значительное расстояние от принимающего средства измерения, называют датчиком. По существу ИП преобразуют один вид энергии в другой. Различают два типа преобразователей – активные и пассивные.

Пассивные измерительные преобразователи для преобразования нуждаются во внешнем источнике энергии, активные – не нуждаются.

Схема вариантов преобразования энергии приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема вариантов преобразования энергии

Общая схема измерительного устройства при наличии ИП приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Общая схема измерительного устройства

Согласующее устройство изменяет сигнал, например, усиливает его или изменяет форму и др.

Преобразователь осуществляет однозначное и функциональное преобразование входной величины (Х) в выходную (У).

Для отражения количественной связи между входной и выходной величинами служит градуировочная характеристика, которая может быть составлена в виде таблицы, графика или формулы.

По роду выходной величины измерительные преобразователи неэлектрических величин в электрические подразделяются на генераторные, у которых входная величина преобразуется в ЭДС или ток, и параметрические, у которых входная величина преобразуется в один из параметров электрической цепи (R, L, C). По назначению измерительные преобразователи подразделяются на масштабные, предназначенные для изменения значения величины в заданное число раз, и преобразователи рода величины. К масштабным относятся шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы. Применение таких преобразователей позволяет измерять относительно большие значения тока и напряжения приборами, имеющими малые пределы измерений, и наоборот [5].

4.1.Метрологические характеристики измерительных преобразователей

Основными характеристиками преобразователей являются чувствительность, предел преобразования, нелинейность (линейность) характеристик измерительных преобразователей – зависимости У от Х; погрешность преобразования, рабочий диапазон характеристик измерительных преобразователей.

Под чувствительностью понимают отношение изменения выходного сигналаΔУ к вызывающему его изменению входного сигнала ΔХ. Стараются получить линейную характеристику преобразователя (рис. 4.3).

П

Рис. 4.3. Линейная характеристика преобразователя

орог чувствительности – это минимальное значение входной величины, которое может быть обнаружено при помощи характеристик измерительных преобразователей. Например, в реостатном измерительном преобразователе, схема которого приведена на рис. 4.4, порог чувствительности определяется расстоянием между витками реостата.

Предел преобразования – это максимальное значение входной величины, которое может быть воспринято измерительным преобразователем без искажения и повреждения.

Р

Рис. 4.4. Реостатный измерительный преобразователь

абочий диапазон характеристик измерительных преобразователей – диапазон значений входной величины, при котором погрешность Δ не превышает допускаемого значения. На рис. 4.5 показано, что при нелинейной характеристике измерительных преобразователей приходится уменьшать рабочий диапазон (x₂ вместо x₁) с целью уменьшения погрешности Δ. Различают следующие виды погрешностей характеристик измерительных преобразователей: аддитивную, мультипликативную и комплексную. Аддитивная погрешность не зависит от текущего значения входной величины x. Мультипликативная возрастает пропорционально текущему значению. Комплексная имеет признаки обеих погрешностей и изменяется по сложному закону.

а б

Рис. 4.5. Уменьшение рабочего диапазона для уменьшения погрешностей