Изучение средств электрических измерений ташгту, каф. “Мсс” доц. Ш. А. Кадирова, ткти а. Х. Эркабоев

X_м основанное на единице данной физической величины [Q]. Поэтому уравнение преобразования меры запишется в виде X_м=N[Q].
Выходом меры является квантованная аналоговая величина Х_м заданного размера а входом следует считать числовое значение величины N(рис.2).



Мера
(Q)

Х_М

N₂[Q]

N₁[Q]

N X_M = N[Q]

а)





N





N₁ N₂ N_n

б)

Рис.2. Обозначение меры в структурных схемах (а) и функция преобразования многозначной меры (б)
Меры подразделяются на следующие типы:
- однозначные, воспроизводящие физическую величину одного размера, например: гиря 1 кг, плоскопараллельная концевая мера 100 мм, конденсатор постоянной емкости, нормальный элемент;
- многозначные, воспроизводящие ФВ разных размеров например: конденсатор переменной емкости, штриховая мера длины.
Кроме этого различают наборы мер, магазины мер, установочные, встроенные и ввозимые меры.
Измерительный преобразователь (ИП) - это техническое устройство, выполняющее операцию преобразования входного сигнала Х в выходной Х информативным параметр которого с заданной степенью точности функционально связан с информативным параметром входного сигнала и может быть измерен с достаточной степенью точности. Информативным параметром входного сигнала СИ является параметр входного сигнала, функционально связанный с измеряемой величиной и используемый для передачи ее значения или являющийся самой измеряемой величиной.
Измерительный преобразователь предназначен для выполнения одного измерительного преобразования. Его работа протекает в условиях, когда помимо основного сигнала Х, связанного с измеряемой величиной, на него воздействуют множество других сигналов Z, рассматриваемых в данном случае как помехи (рис.3, а).

Y

Реальная



ИП
F(x)

Идеальная

X Y=f(X, Z_i)

X

Z_i
Рис. 3. Структурная схема измерительного преобразователя (а) и его функции преобразования (б)

Важнейшей характеристикой ИП является функция (уравнение) преобразования (рис. 3,б), которая описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде Y=F(X, Z_i).

Устройство сравнения (компаратор) – это средство измерений, дающее возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.
Обобщенная структурная схема СИ показана на рис.1. Входным сигналом является измерительный сигнал, один из параметров которого однозначно связан с измеряемой ФВ:
,
где – информативный параметр входного сигнала;
– измеряемая ФВ; - неинформативные параметры входного сигнала.
Неинформативным параметром входного сигнала СИ называется его параметр, не используемый для передачи значения измеряемой величины.
Особенно широкое распространения компараторы получили в современной электронной технике, где они используются для сравнения напряжений и токов. Для этой цели был разработан специальный тип интегральных микросхем. Сравнение, выполняемой компаратором, может быть одно – и разновременным. Первое из них используется гораздо чаще.
В электронных компараторах оно реализуется (рис. 4) путем последовательного соединения вычитающего устройства (ВУ), формирующего разность входных сигналов (Х₁-Х₂), и усилителя переменного напряжения с большим коэффициентом усиления (усилителя – ограничителя УО), выполняющего функции индикатора знака разности.
Выходной сигнал УО равен его положительному напряжению питания (принимаемого логическую единицу), если разность (Х₁-Х₂)>0 и отрицательному напряжению питания (принимаемым логический нуль) если (X₁-X₂)<0.

Компаратор
Х₁ – Х₂
Y 1
+U_п
Х
ВУ

УО
₁


Y X₂ X₁
Х₂ 0
а) -U_п б)

Рис. 4. Структурная схема компаратора (а) и его функция преобразования (б)

Функция преобразования идеального компаратора, показанная на рис. 4 б, описывается уравнением

Степень совершенства компаратора определяется минимально возможным порогом чувствительности, а также его быстродействием – временем: переключения из одного состояния в другое. У идеального компаратора порог и время переключения равны кулю. В реальном компараторе наличие порога приводить к возникновению аддитивной погрешности.

Измерительный прибор – это средство измерений , предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме , доступной для непосредственного восприятия наблюдателем , т.е. в виде непосредственного отсчета , автоматической регистрации, в виде данных для ЭВМ или для устройств автоматического регулирования и управления .В электрических измерениях применяются большое число видов приборов, которые различаются по устройству и структурной схеме, по способу сравнения измеряемый величины с известной , по роду измеряемой величины, отсчета и другим признакам. Каждый измерительный прибор может быть охарактеризован структурной схемой, которая показывает, какие преобразование претерпевает измеряемая величина Х в приборе, прежде чем мы получаем информацию о ней на выходе. Поэтому основными узлами прибора являются измерительные преобразователи. Кроме этого, для обеспечения нормальной работы измерительного прибора имеются вспомогательные узлы: источники питания, осветительные устройства и т.д. (рис. 5).
По структурному принципу измерительные приборы делятся на приборы прямого преобразования и приборы уравновешивания. Имеются также приборы, в которых сочетаются оба эти принципа.



П

ОУ
X Y α(N)



ОС

ВС

Рис. 5. Обобщенная структурная схема измерительных приборов.

Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называют аналоговым измерительным прибором. Это прибор с отсчетным устройством в виде стрелки и шкалы.
Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный)
Сигнал измерительный информации и дающий показания в цифровой форме, называют цифровым измерительным прибором.
Измерительные приборы, допускающее считывание показаний или считыванию и регистрацию или только регистрацию показаний называются регистрирующими измерительными приборами.
Если регистрирующий измерительный прибор дает запись показаний в форме диаграммы, то такие приборы называют самопишущими.
Регистрирующий измерительный прибор, в котором предусмотрено печатание показаний в цифровой форме, называют печатающим прибором.
Если показания измерительных приборов функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к ним по различным каналам, называют суммирующими.
Примером может служить ваттметр, использующий для измерения суммарной мощности нескольких генераторов.
Есть также интегрирующие приборы, в которых измеряемая величина интегрируется по времени. Например, счетчик электрической энергии.
Приборы, получившие название нуль-индикаторов, применяются в приборах сравнения и некоторых других для установления отсутствия тока в каком-либо участке цепи или равенства напряжений на каких-либо участках цепи. Это гальванометры и электронные устройства, выдающие импульс тока (или прекращающие выдачу импульсов) при равенстве двух напряжений, подводимых к их выходам.
В зависимости от применяемых средств (узлов) различают электромеханическое и электронные приборы.
К группе электромеханических измерительных приборов относят приборы, в которых энергия электромагнитного поля преобразуется в механическую энергию перемещения подвижной части прибора.
К группе электронных аналоговых приборов относят приборы, использующие электронные узлы для преобразования сигнала измерительной информации и электромеханический (чаще всего магнитоэлектрический измерительный механизм).
Ио роду измеряемой величины измерительные приборы делят на следующие группы, амперметры – для измерения тока; вольтметры – для измерения напряжения; омметры – для измерения сопротивления.