Общая часть

Общая часть. Характеристики измерительных преобразователей неэлектрических величин.

Зависимость выходной величины измерительного преобразователя у от входной х выражается уравнением преобразования у f х Уравнение преобразования функцию преобразования обычно приходится находить экспериментально, т. е. прибегать к градуировке преобразователей. Результаты градуировки выражаются в виде таблиц, графиков или аналитически. Часто у преобразователей выходной сигнал у зависит не только от входной измеряемой величины х, но и от внешнего фактора Z , т. е. функция преобразования в общем виде, y f х, Z . В этом случае при градуировке определяется ряд функций преобразования при разных значениях Z. Знание функций преобразования при разных значениях влияющего фактора позволяет тем или иным способом введением поправки, автоматической коррекцией учесть влияние внешнего фактора.

Например, электрическая проводимость к растворов электролитов зависит от концентрации С и температуры t. Поэтому при использовании зависимости к f С для определения концентрации нужно либо поддерживать температуру раствора постоянной, либо вводить поправки расчетным путем или автоматически, зная влияние температуры на эту зависимость.

При оценке и сравнении измерительных преобразователей необходимо учитывать следующие их основные свойства. 1. Воспроизводимость функции преобразования. Возможность изготовлять преобразователи с заранее предусмотренными характеристиками является необходимым условием выпуска взаимозаменяемых преобразователей. 2. Постоянство во времени функции преобразования.

При изменении с течением времени функции преобразования приходится повторять градуировку, что крайне нежелательно, а в некоторых случаях невозможно например, преобразователь работает в недоступном месте . 3. Вид функции преобразования. Обычно наиболее желателен линейный вид зависимости y f х, что облегчает унификацию выходного сигнала преобразователей с целью использования их с цифровыми измерительными приборами, измерительными информационными системами и вычислительными машинами. 4. Важными характеристиками преобразователя являются его погрешности и чувствительность.

Основная погрешность преобразователя может быть обусловлена принципом действия, несовершенством конструкции и технологии изготовления и проявляется она при номинальных значениях внешних факторов. Основная погрешность рассматриваемого отдельно преобразователя может складываться из некоторых составляющих погрешности, обусловленной неточностью образцовых приборов и мер, с помощью которых производилась градуировка погрешности за счет приближенного выражения табличным, графическим, аналитическим способом функции преобразования погрешности, обусловленной неполным совпадением функций преобразования при возрастании и убывании измеряемой величины гистерезис функции преобразования погрешности от неполной воспроизводимости характеристик преобразователя например, чувствительности. Последняя погрешность исключается при индивидуальной градуировке.

На практике все составляющие проявляются в виде одной основной погрешности.

Дополнительные погрешности преобразователя, обусловливаемые принципом его действия, несовершенством конструкции и технологии изготовления, проявляются при отклонении влияющих величин от их номинальных значений. Рассмотренные выше погрешности определяются при неизменных во времени измеряемых величинах и носят название статических 5. Обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину.

Преобразователи оказывают обратное влияние на измеряемую величину, искажая ее и вызывая тем самым изменение выходного сигнала. Рис. 1.5. Электрический термоанемометр Пояснить это можно на примере термоанемометра рис.1.5 , который представляет собой термочувствительный резистор R, нагреваемый электрическим током и помещаемый на пути потока газа или жидкости, скорость которого измеряется. Изменение скорости потока вызывает изменение условий теплообмена терморезистора со средой, изменение его температуры и сопротивления.

Измеряя сопротивление резистора тем или иным способом, можно судить о скорости потока. Но очевидно, что терморезистор, помещенный на пути потока, изменяет скорость его, и в этом проявляется обратное влияние преобразователя на измеряемую величину. Обратное влияние на практике учесть трудно, а поэтому стараются его сделать минимальным. 6. Динамические свойства преобразователя. При изменении входной величины в преобразователе возникает переходный процесс, характер которого зависит от наличия в преобразователе элементов, запасающих энергию двигающиеся детали, электрические конденсаторы, катушки индуктивности, детали, обладающие теплоемкостью и т. д Переходный процесс проявляется в виде инерции - запаздывания реакции преобразователя на изменение входной величины.

Например, при погружении термопары в среду, температура которой измеряется, термо-э. д. с. на выходе термопары установится в соответствии с измеряемой температурой только по истечении некоторого промежутка времени.

При измерении быстро изменяющихся величин преобразователь работает в нестационарном режиме, а поэтому при оценке качества преобразователей необходимо учитывать их динамические характеристики, которые в значительной мере определяют точность измерения. Динамические свойства преобразователя в соответствии с ГОСТ 8.256-77 могут быть охарактеризованы полными и частными динамическими характеристиками. Обычно от преобразователя требуется, чтобы он вносил минимальное запаздывание в процесс преобразования.

Кроме рассмотренных свойств, при оценке преобразователей учитываются также и другие показатели качества их работы влияние внешних факторов температуры, давления, вибрации и т. д взрывобезопасность, устойчивость к механическим, тепловым, электрическим и другим перегрузкам, удобство монта ка и обслуживания, габариты, масса, удобство градуировки, стоимость изготовления и эксплуатации, надежность и т. д. Для удобства изучения измерительные преобразователи классифицируют по принципу их действия, т, е. по тому явлению, которое используется для преобразования неэлектрической величины в электрическую.

Преобразователей, отличающихся принципом действия, очень много. Ниже будут рассмотрены только наиболее часто применяемые преобразователи. III.