Практические занятия 1,2 Классификация измерительных

Практические занятия 1,2
Классификация измерительных преобразователей.
Датчики.
Статические характеристики измерительных
преобразователей
Методические указания, примеры для самостоятельного решения
По виду входных и выходных величин ИП можно разделить:
а) на преобразователи электрических величин в электрические;
б) преобразователи неэлектрических величин в неэлектрические;
в) преобразователи электрических величин в неэлектрические;
г) преобразователи неэлектрических величин в электрические.
Для измерения физических величин наиболее часто встречается путь
преобразования физической величины в другую, удобную для измерения и
отсчета, по указывающему или отсчетному устройству. При этом по виду
входных сигналов преобразователи могут быть разделены на следующие:
- ИП с электрическими входными сигналами;
- ИП с магнитными входными сигналами;
- ИП с механическими входными сигналами;
- ИП с тепловыми входными сигналами;
- ИП с оптическими входными сигналами;
- ИП с химическими входными сигналами;
- ИП с радиоактивными входными сигналами.
В измерительной практике часто используется термин «датчик».
Датчик представляет собой единую обособленную конструкцию,
содержащую несколько ИП, и расположенную у измеряемого объекта.
Основным требованием к выходной величине ИП является удобство
передачи и хранения. Поэтому обычно используют электрические
величины: ЭДС, ток, электрическое сопротивление, индуктивность,
взаимоиндуктивность.
В зависимости от вида выходной величины ИП подразделяют на
генераторные и параметрические.
Генераторные ИП вырабатывают энергию на выходе, причем эта
энергия создается за счет энергии, потребляемой от объекта измерения.
Например: термопары, пъезоэлементы, выходная величина которых –
электрическое напряжение.
В параметрических ИП под влиянием измеряемой величины
изменяется один из параметров самого ИП. Например: электрическое
сопротивление, емкость, индуктивность. Такие ИП включают в
специальные электрические схемы, содержащие источник питания.
Различают два режима работы ИП: статический и динамический.
В статическом режиме значение входной величины х и параметров
самого ИП постоянны, а продолжительность измерения не ограничена.
Выходная величина y также принимает постоянное значение. Для
описания статического режима работы ИП используют статические
характеристики.
Динамический режим характеризуется тем, что входная величина
х(t) и выходная величина y(t) изменяются во времени, при этом
параметры самого ИП также изменяются, а продолжительность измерения
ограничена. Именно такой режим работы обычно реализуется на практике.
Для описания динамического режима работы используют динамические
характеристики.
Статические характеристики измерительных преобразователей
Функция преобразования ИП – это функциональная зависимость
выходной величины от входной, описываемая аналитическим выражением
или графиком. Чаще всего стремятся получить линейную характеристику
преобразования, т. е. прямую
пропорциональность
между изменениями
входной величины и соответствующим приращением выходной величины
преобразователя.
Для описания линейной характеристики у = f (х) достаточно двух
параметров: начального значения выходной величины y0 (нулевого уровня),
соответствующего нулевому (или другому характерному) значению входной
величины х, и
показателя
относительного
наклона
характеристики,
называемого чувствительностью преобразователя.
Чувствительность ИП – это именованная величина с разнообразными
единицами, зависящими от природы входной и выходной величины.
Чувствительность
измерительного
прибора,
состоящего
из
последовательного ряда измерительных преобразователей, определяется
произведением чувствительностей
всех преобразователей, образующих
канал передачи информации.
Чувствительность может быть определена при любом способе задания
функции преобразования и определяется выражением:
S
dy
dx
Если функция преобразования линейная, то чувствительность равна:
S
y
x
где Δх – изменение входной величины;
Δy– соответствующее изменение выходной величины.
Иногда используют относительную чувствительность, которая равна:
Sî ò í 
dy / y
dx / x
Для линейной функции преобразования:
Sî ò í 
y / y
x / x
График функции преобразования
Примеры
1. Функция преобразования ИП имеет вид у=5х+4. Найти чувствительность
ИП.
2.
Функция
преобразования
ИП
имеет
вид
у=2х 2+3х+4.
Найти
чувствительность ИП в точке х=5.
3. Измерительная цепь состоит из трех последовательно соединенных ИП.
ИП1 имеет чувствительность S1, равную 0,1 и относительную погрешность
δ1, равную 0,5%. Для ИП2
S2=0,05 и δ2=0,2%, для ИП3 S3=0,1 и δ3=0,1%.
Определить суммарные чувствительность и относительную погрешность
измерительной цепи.
4. Измерительная цепь состоит из двух ИП: ИП1
и
ИП2, соединенных по
компенсационной схеме, при этом ИП2 включен в цепь обратной связи.
Определите
чувствительность
S
измерительной
цепи
для
случаев
отрицательной и положительной обратной связи, если S1=10, а S2=0,05.