Измеряемой величиной

5. Динамические свойства преобразователя. При изменении входной величины в ИП возникает переходный процесс, характер которого зависит от наличия в преобразователе элементов, запасающих энергию (перемещающихся деталей, конденсаторов, катушек индуктивности, деталей, обладающих теплоемкостью, и т. д.). Переходный процесс проявляется в виде инерции — запаздывания реакции ИП на изменение входной величины. Например, при погружении термопары в среду, температура которой измеряется, термо-ЭДС на выходе термопары будет соответствовать измеряемой температуре только по истечении некоторого промежутка времени. При измерении быстро изменяющихся величин ИП работает в нестационарном режиме, а поэтому при оценке качества ИП необходимо учитывать их динамические характеристики, которые в значительной мере определяют точность измерения. Обычно от преобразователя требуется, чтобы вносимое им запаздывание в процесс преобразования было минимальным.

При контактном методе об измеряемой температуре судят по температуре чувствительного элемента первичного преобразователя, которая, как правило, несколько отличается от температуры среды. Такое несоответствие обусловлено, с одной стороны, искажениями температурного поля исследуемой среды вследствие неоднородности теплофизических характеристик первичного преобразователя и среды, а с другой стороны,— несовершенством преобразования уже искаженной температуры среды в температуру чувствительного элемента. Искажение температурного поля зависит в основном от теплоемкостей среды и термопреобразователя, а на практике оно незначительно. Теп-лоотвод по элементам конструкции термообразователя, радиационный теплообмен, тепловая инерция, а также такие внутренние источники энергии, как нагрев чувствительного элемента пассивного термопреобразователя измерительным током, и внешние, например нагрев термопреобразователя вследствие торможения на его поверхности газового потока, приводят к методическим погрешностям преобразования температуры среды в температуру чувствительного элемента.

Наиболее простым в обслуживании является яркостный оптический пирометр с исчезающей нитью, в котором в узком участке спектра сравниваются яркости исследуемого объекта 1 и опорного излучателя 3 ( 22.4). Источником опорного излучения является вольфрамовая нить лампы накаливания. Изображение объекта измерения создается в полости нити накаливания, а затем протекающий через лампу ток изменяют реостатом до тех пор, пока середина нити не исчезнет на фоне изображения объекта измерения. В этом случае обе энергетические яркости становятся равными между собой в области спектра, определяемой спектральной характеристикой чувствительности глаза наблюдателя и характеристикой пропускания светофильтра 4, расположенного между окуляром и лампой. По току накаливания лампы, измеряемому амперметром, судят об измеряемой температуре. Поскольку нить накаливания можно нагревать лишь до температуры 1400 °С, при измерении более высоких температур для выравнивания яркостей обычно используют перемещаемый нейтральный клин 2 с изменяемой проницаемостью при постоянной температуре нити накаливания или нейтральный поглотитель, уменьшающий яркость излучения. В первом случае о температуре судят по положению клина, а во втором — по значению тока нити накаливания.

При контактном методе об измеряемой температуре судят по температуре чувствительного элемента первичного преобразователя, которая, как правило, несколько отличается от температуры среды. Такое несоответствие обусловлено, с одной стороны, искажениями температурного поля исследуемой среды вследствие неоднородности теплофизических характеристик первичного преобразователя и среды, а с другой стороны,— несовершенством преобразования уже искаженной температуры среды в температуру чувствительного элемента. Искажение температурного поля зависит в основном от теплоемкостей среды и термопреобразователя, а на практике оно незначительно. Теп-лоотвод по элементам конструкции термообразователя, радиационный теплообмен, тепловая инерция, а также такие внутренние источники энергии, как нагрев чувствительного элемента пассивного термопреобразователя измерительным током, и внешние, например нагрев термопреобразователя вследствие торможения на его поверхности газового потока, приводят к методическим погрешностям преобразования температуры среды в температуру чувствительного элемента.

Наиболее простым в обслуживании является яркостный оптический пирометр с исчезающей нитью, в котором в узком участке спектра сравниваются яркости исследуемого объекта 1 и опорного излучателя 3 ( 22.4). Источником опорного излучения является вольфрамовая нить лампы накаливания. Изображение объекта измерения создается в полости нити накаливания, а затем протекающий через лампу ток изменяют реостатом до тех пор, пока середина нити не исчезнет на фоне изображения объекта измерения. В этом случае обе энергетические яркости становятся равными между собой в области спектра, определяемой спектральной характеристикой чувствительности глаза наблюдателя и характеристикой пропускания светофильтра 4, расположенного между окуляром и лампой. По току накаливания лампы, измеряемому амперметром, судят об измеряемой температуре. Поскольку нить накаливания можно нагревать лишь до температуры 1400 °С, при измерении более высоких температур для выравнивания яркостей обычно используют перемещаемый нейтральный клин 2 с изменяемой проницаемостью при постоянной температуре нити накаливания или нейтральный поглотитель, уменьшающий яркость излучения. В первом случае о температуре судят по положению клина, а во втором — по значению тока нити накаливания.

Резистор R0 служит для подгонки нулевой точки шкалы (для уравновешивания моста при начальной измеряемой температуре).

Необходимо получить унифицированный выходной сигнал в виде напряжения постоянного тока, изменяющегося в пределах 0 — УМакс пропорционально измеряемой температуре.

По условию напряжение t/вых Должно быть пропорционально измеряемой температуре, т. е. С/вых = St, где S — коэффициент преобразования. Полагая i/Bblx = h-JJ (см. 9.6), находим

Сопротивление г„ служит для подгонки нулевой точки шкалы (для уравновешивания моста при начальной измеряемой температуре). Сопротивление гу (уравнительное) дополняет сопротивление проводов до значения, принятого при градуировке (5 или 15 Ом). Для иодгонкп сопротивления гу в схеме предусмотрено сопротивление гк (контрольное), которое равно значению сопротивления преобразователя, соответствующего определенной отметке на шкале прибора. Включив гк вместо гт в плечо моста, уменьшают сопротивление гу до тех пор, пока стрелка логометра не станет на указанную выше отметку шкалы. После этого сопротивление гк закорачивают.

Необходимо получить унифицированный выходной сигнал в виде напряжения постоянного тока, изменяющееся в пределах 0 — f/макс! пропорционально измеряемой температуре.

По условию напряжение ивых должно быть пропорционально измеряемой температуре, т. е. t/вых — St, где S — коэффициент преобразования. Полагая ^вых='с1^г (см- Рпс- 310), находим

При измерении температуры электрическим контактным термометром применяют различные методы преобразования [13,21]. Упомянутый прибор типа TWA работает по способу непосредственной оценки измеряемой величины. Этот способ выбран потому, что дает возможность получать без промежуточного включения усилителя напряжение, пропорциональное измеряемой температуре, так же как у обычных полупроводниковых тензо-резисторов.

Сигнализирующие приборы имеют специальные приспособления для включения световой или звуковой сигнализации при достижении измеряемой величиной заранее заданного значения.

В настоящее время в промышленности используется огромное количество контрольно-измерительных и регулирующих электронных устройств, предназначенных для измерения, контроля и регулирования практически всех физических величин: механических, тепловых, акустических, оптических, электрических и магнитных. Электронные устройства для измерения электрических величин были рассмотрены в гл. 10. Для измерения неэлектрических величин применяют различные преобразователи, выходной электрический сигнал которых дает информацию об изменениях измеряемой неэлектрической величины. Эти первичные преобразователи, использующие различные физические явления, включают в измерительную цепь электронного устройства, в котором происходит обработка электрического сигнала (усиление, ограничение, дифференцирование, селекция и т. д.) с целью его визуализации и регистрации, позволяющая измерять с определенной точностью контролируемую величину. В электронных регулирующих устройствах используют специальные цепи, с помощью которых можно управлять измеряемой величиной контролируемого объекта или процесса.

Разность между результатом измерений и самой измеряемой величиной называют абсолютной погрешностью: ДЛ = =АИ-А.

Измерение тока и напряжения. Предположим, что измеряемой величиной является ток /. Этот ток или некоторая часть его направляется в катушку измерительного механизма (ток /к). Зависимость угла поворота стрелки магнитоэлектрического прибора от величины тока в катушке получена ранее [см. формулу (6.1)]. При измерении больших токов в цепь измеряемого тока включают шунт — резистор, имеющий малое, но постоянное сопротивление /?ш, параллельно которому присоединена катушка измерительного механизма ( 6.9).

Измерительным прибором называется средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации и представления ее в виде, наиболее удобном для непосредственного восприятия наблюдателем. Показания (отсчет) измерительного прибора должны быть однозначно связаны с измеряемой величиной. В состав измерительного прибора входят преобразователи: первичный, промежуточный, м а с ш т а б н ы и и т. д. Под первичным измерительным преобразователем понимается средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Дифференциальный метод — это метод сравнения с мерой, по которому прибором измеряется разность между измеряемой величиной и известной величиной, воспроизводимой мерой. По дифференциальному методу происходит неполное уравновешивание измеряемой ве-

функциональные преобразования при выполнении косвенных, статистических и других вздов измерений, предполагающих использование известной функциональной связи между входным воздействием и измеряемой величиной;

функциональные преобразования при выполнении косвенных, статистических и других видов измерений, предполагающих использование известной функциональной связи между входным воздействием и измеряемой величиной;

Косвенные измерения определяются как измерения, выполняемые при воздействии на вход измерительного устройства величины Y, функционально связанной с измеряемой величиной X:

Наконец, шестая группа метрологических характеристик определяет допустимые диапазоны значений таких параметров выходного сигнала, которые, не будучи непосредственко связаны G измеряемой величиной, могут нлиять на точность измерений.

Измерительные сигналы и их параметры. В общем случае под сигналом подразумевают материальный носитель информации, а измерительным называют сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины. Входной измерительный сигнал, т. е. сигнал, воздействующий на вход средства измерений, является в большинстве случаев некоторым физическим процессом, параметры которого являются той или иной функцией времени. Измеряемая величина — это определенный параметр этого процесса. Поэтому не следует отождествлять понятие измерительный сигнал и понятие измеряемая величина. Физический процесс может обладать многими параметрами, но в каждом конкретном случае нас интересует определенный параметр этого процесса, какая-то одна физическая величина. В общем случае измерительный сигнал не является измеряемой величиной, а несет лишь информацию об измеряемой величине. Если, например, при измерении частоты входным сигналом измерительного устройства является переменный электрический ток, то измеряемой величиной является, естественно, частота, информация о которой заложена во входном сигнале.