Е-1 Вимірювальні перетворювачі

        Вимірювальні перетворювачі

1.Вимірювальні перетворювачі

2.Основні характеристики та вимоги вимірювальних перетворювачів

3.Класифікація вимірювальних перетворювачів

4.Цифрові вимірювальні прилади

1. Вимі́рювальний перетво́рювач — вимірювальний пристрій, призначений для формування на своєму виході сигналу, що функціонально зв'язаний із сигналом вимірюваної інформації на вході у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки та збереження.

Загальна характеристика

   Місце вимірювального перетворювача у структурі системи автоматичного контролю.

   Вимірювальний перетворювач — елемент системи автоматичного контролю (див. рис.).

На відміну від вимірювального приладу, сигнал на виході вимірювального перетворювача (вихідна величина) безпосередньо не сприймається спостерігачем. Обов'язкова умова вимірювального перетворення — збереження у вихідному сигналі інформації про кількісне значення вимірюваної величини через забезпечення функціональної залежності (переважно, лінійної) між вимірюваною величиною та сигналом на виході.

   У структурі давача зазвичай виділяють вимірювальний перетворювач, що безпосередньо пов'язаний з вимірюваною величиною. Первинним вимірювальним перетворювачем, або чутливим елементом, називається перетворювач, який першим взаємодіє з об'єктом вимірювання^[1] і видає сигнал вимірювальної інформації. Первинний вимірювальний перетворювач у значній мірі визначає основні технічні характеристики давача.

  2. Основні характеристики вимірювальних перетворювачів:

·         номінальна статична характеристика перетворення (градуювальна характеристика) — залежність між інформативними параметрами вхідного і вихідного сигналів;

·         коефіцієнт перетворення — коефіцієнт пропорційності лінійної залежності вхідного і вихідного сигналів;

·         чутливість — відношення приросту вихідного сигналу до відповідного йому приросту вхідного сигналу (для випадку лінійної залежності чутливість збігається з коефіцієнтом перетворення);

·         діапазон вимірювань — різниця граничних величин, що обмежують діапазон вимірюваної величини у якому робота вимірювального перетворювача задовольняє поставленим вимогам. В акустиці, оптиці та деяких інших областях використовується термін динамічний діапазон, що визначається виразом:

·         похибка вимірювального перетворення — відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини..Вимоги, що висуваються до вимірювальних перетворювачів

Для успішного застосування вимірювальні перетворювачі повинні мати:

·         високу статичну і динамічну точність роботи, що забезпечує формування вихідного сигналу з мінімальними спотвореннями;

·         високу вибірковість — сенсор повинен реагувати лише на зміну тієї величини, для виміру якої він призначений;

·         стабільність характеристик у часі;

·         відсутність впливу навантаження у вихідному колі на режим роботи вхідного ланцюга;

·         високу надійність при роботі в несприятливих умовах навколишнього середовища;

·         повторюваність характеристик (взаємозамінність);

·         просту і технологічну конструкцію;

·         зручний монтаж та обслуговування;

·         низьку вартість.

3.Класифікація вимірювальних перетворювачів

За принципом дії

Принцип роботи вимірювального перетворювача може базуватись на використанні практично будь-яких фізичних явищ. Задача полягає в розробці на основі цих явищ принципів дії перетворювачів і доведення їх до конкретних методів та конструкцій, що забезпечували б, у першу чергу, необхідні метрологічні характеристики в заданих умовах застосування. У зв'язку з широким використанням передачі сигналів у вигляді електричних величин класифікація перетворювачів за видом сигналу може бути зведена до наступних видів:

·         перетворення електричних величин в електричні (подільники напруги і струму, вимірювальні трансформатори, вимірювальні підсилювачі струму і напруги);

·         перетворення неелектричних величин в електричні (термопари, терморезистори, тензорезистори, фотоелементи, реостатні, ємнісні та індуктивні датчики переміщення і т. д.);

·         перетворення електричних величин в неелектричні (механізми електровимірювальних приладів, що перетворюють величину сили струму чи напруги у відхилення стрілки чи світлового променя, датчики ультразвукових витратомірів і т. д.);

·         перетворення неелектричних величин в неелектричні (пневматичні вимірювальні перетворювачі, важелі, зубчасті передачі, мембрани, сильфони, оптичні системи тощо).

За виглядом функції перетворення

За виглядом функції перетворення вимірювальні перетворювачі поділяють на три великі групи:

·         масштабні, що змінюють в певну кількість разів розмір вхідної величини без зміни її фізичної природи;

·         функціональні, що однозначно функціонально перетворюють вхідну величину зі зміною природи вхідної величини або без її зміни;

·         операційні, які виконують над вхідною величиною математичні операції вищого порядку — диференціювання чи інтегрування за часовим параметром.

У залежності від виду вихідного сигналу

·         Аналоговий вимірювальний перетворювач — вимірювальний перетворювач, що перетворює одну аналогову величину (аналоговий вимірювальний сигнал) в іншу аналогову величину (вимірювальний сигнал);

·         Аналого-цифровий вимірювальний перетворювач — вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення аналогового вимірювального сигналу у цифровий код;

·         Цифро-аналоговий вимірювальний перетворювач — вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення числового коду вимірюваного сигналу в аналогову величину.

За характером перетворення вхідної величини у вихідну

·         параметричні, до яких відносять резистивні, індуктивні, трансформаторні і ємнісні перетворювачі. Їх широко використовують для перетворення неелектричних величин (переміщення, зусилля, тиску, температури та ін.) у електричні величини (напругу, струм, частоту та ін.);

·         генераторні перетворювачі перетворюють вхідні величини в електрорушійну силу. Вони не потребують енергії додаткових джерел живлення, оскільки використовують енергію вхідного сигналу. Найбільшого поширення набули індукційні, термоелектричні, п'єзоелектричні, фотоелектричні перетворювачі;

·         частотні перетворювачі бувають позиційні і коливальні. Позиційні частотні перетворювачі мають зазвичай укріплений на осі ротора об'єкта профільований диск, який при своєму обертанні модулює сигнал у колі параметричного перетворювача або генерує сигнал у вихідному колі. В коливальних частотних перетворювачах використовуються властивості коливальних систем різної фізичної природи;

·         фазові перетворювачі перетворюють вхідну величину у фазовий зсув вихідної змінної напруги. Відлік фазового зсуву ведеться від опорної напруги, якою найчастіше береться напруга живлення. Використовуються фазові перетворювачі для вимірювання як електричних, так і неелектричних величин.

4.Цифрові вимірювальні прилади (ЦІП) - багатограничні, універсальні прилади, призначені для вимірювання різних електричних величин: змінного і постійного струму і напруги, ємності, індуктивності, часових параметрів сигналу (частоти, періоду, тривалості імпульсів) і реєстрації форми сигналу, його спектра.

У цифрових вимірювальних приладах здійснюється автоматичне перетворення вхідної вимірюваної аналогової (безперервної) величини в відповідну дискретну величину з наступним поданням результату вимірювання в цифровій формі.
За принципом дії і конструктивним виконанням цифрові прилади поділяються на електромеханічні та електронні. Електромеханічні прилади мають високу точність, але малу швидкість вимірювань. В електронних приладах використовується сучасна база електроніки.
Незважаючи на схемні і конструктивні особливості принцип побудови цифрових приладів однаковий.

                                                                                  

 Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати , переглянути відеофрагмент