Измерения мгновенных

для измерения механических величин. (ГОСТ 7664—61) — три системы: МКС (основные единицы — метр, килограмм, секунда); СГС (основные единицы — сантиметр, грамм, секунда); МКГСС (основные единицы — метр, килограмм-сила, секунда).

Индуктивные преобразователи широко применяются для измерения механических перемещений или других неэлектрических величин, преобразованных предварительно в «перемещение». На этом принципе, в частности, основано действие устройств для измерения размеров деталей, уровня жидкости и т. д.

Изменение проводимости полупроводников от изменения температуры или приложенного напряжения используется для создания терморезисторов и вари с тор о в. Проводимость полупроводников зависит также от механических воздействий, что позволяет создавать тензорезисторы, используемые для измерения механических деформаций, давлений, усилий, перемещений и т. д.

г) индуктивные преобразователи — индуктивность преобразователя меняется в зависимости от перемещения ферромагнитного сердечника в поле катушки индуктивности; применяются для измерения механических усилий, давления, линейных и угловых перемещений;

Входной величиной генераторных емкостных преобразователей обычно является электрическое напряжение, выходной — линейное или угловое перемещение подвижного электрода. К этой группе относятся электростатические измерительные механизмы, а также обратные электростатические преобразователи приборов.уравновешивания для измерения механических величин [125]. Входной величиной параметрических емкостных преобразователей является перемещение, выходной — изменение емкости. Следует отметить, что емкостные параметрические преобразователи используются не только в качестве преобразователей перемещений. В сочетании с механическими преобразователями давлений, сил, ускорений и вибраций в механическое перемещение они являются неотъемлемыми элементами емкостных манометров, динамометров, виброметров, акселерометров и т. п. К этой группе преобразователей следует отнести также емкостные модуляторы или так называемые динамические конденсаторы.

11. Базжин Ю. М., Цывип А. А., Моторыгина Т. А. Мостовые монолитные полупроводниковые тензорезисторные структуры. Приборы и методы измерения механических величин.— М. : ЦНИИТЭИ приборостроения. Серия ТС-7, 1974, вып. 1.

69. Логинов В. В. Электрические измерения механических величин.— М. : Энергия, 1976,— 104 с.

84. Осадчий Е. П., Тихонов В. И. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е. П. Осадчего.— М. : Машиностроение, 1979.— 480с.

Тензорезистивные преобразователи нашли широкое применение для измерения механических величин, предварительно преобразованных в деформацию упругого элемента,— перемещений, сил, давлений, моментов, параметров вибраций.

частотного диапазона применительно к любым преобразователям механических величин рассмотрен в гл. 13 и 14. Здесь же отметим, что пьезоэлектрические преобразователи могут быть выполнены с частотой собственных колебаний до 100 кгц, что позволяет использовать их для измерения механических величин, изменяющихся с частотой до 7 — 10 кгц.

Такие усилители широко применяются при построении приборов для измерения механических величин, связанных между собой дифференциальными зависимостями (путь, скорость, ускорение), а также для интегрирования сигналов преобразователей (индукционных, электрокинетических и химо-тронных), выходная величина которых, как известно, пропорциональна производной от естественной входной величины (перемещения).

Измерения мгновенных значений напряжений производятся обычно следующим образом.

Главными источниками погрешностей измерения мгновенных значений напряжений являются:

зависимый источник напряжения, управляемый током (см. методику измерения мгновенных значений тока). В этом случае отношение напряжений равно модулю входного сопротивления, а фазовый сдвиг напряжений определяет фазу входного сопротивления.

Кроме того, очень важна точная настройка осциллографа. Мы рекомендуем читателю прежде, чем приступить к эксперименту, ознакомиться с методикой измерения мгновенных значений напряжения с помощью осциллографа, изложенной в Приложении 1. К чему может привести измерение ненастроенным осциллографом, проиллюстрируем на примере. На 7.9 приведены осциллограммы, получающиеся после каждого шага настройки осциллографа, начиная от настройки по умолчанию.

Поскольку цифровые осциллографы хранят в памяти информацию для всего измеренного ряда мгновенных значений, этапы снятия и обработки информации в них могут быть разделены. Таким же свойством обладает и рассматриваемая модель. Линейка прокрутки внизу экрана позволяет сдвигать картинку от конца процесса до самого начала, прослеживая его в удобном временном масштабе и проводя необходимые измерения мгновенных напряжений и временных интервалов.

Быстродействие измерительного преобразователя. Каждый ИП обладает определенной инерционностью: большей или меньшей — это зависит от принципа действия и конструкции ИП. Инерционность ИП не позволяет применять его для преобразования быстроизменяю-щихся сигналов. Рассмотрим ИП на основе магнитоэлектрического измерительного механизма. Такие ИП применяются в амперметрах и вольтметрах, но они обладают большой инерционностью, поэтому используются только в приборах, предназначенных для измерения постоянных токов и напряжений. Между тем если такой ИП выполнить с миниатюрной и очень легкой подвижной частью, т. е. малоинерционным, то его с успехом можно применять для измерения мгновенных значений переменных токов и напряжений в довольно широком диапазоне частот. Примером могут служить гальванометры светолучевых осциллографов, которые по конструкции представляют собой механизм магнитоэлектрической системы, но работают в звуковом диапазоне частот благодаря малой инерционности подвижной части.

Как измерительные приборы, особенно приборы электромеханической группы, так и первичные измерительные преобразователи (датчики) обладают определенной инерционностью. Поэтому при их работе в динамическом режиме, т. е. в режиме измерения мгновенных значений быстро меняющихся величин, или же измерений постоянных величин при очень коротком времени измерения, недостаточном для завершения переходного процесса в измерительной цепи, возникают так называемые динамические погрешности. Значение этих погрешностей определяются динамическими свойствами средств измерений и частотными характеристиками исследуемого процесса.

Для измерения мгновенных значений переменных токов и напряжений применяется осциллограф, основным элементом которого является вибратор — прибор магнитоэлектрической системы (см. п. 2 § 2.7), подвижной частью которой является легкая петелька; ее момент вращения и угол отклонения пропорциональны измеряемой величине. Вместо стрелки на подвижной части укреплено зеркальце, отражающее луч света на движущуюся фотопленку, на которой записывается временная диаграмма тока или напряжения.

Как измерительные приборы, особенно приборы электромеханической группы, так и первичные измерительные преобразователи (датчики) обладают определенной инерционностью. Поэтому при их работе в динамическом режиме, т. е. в режиме измерения мгновенных значений быстро меняющихся величин, или же измерений постоянных величин при очень коротком времени измерения, недостаточном для завершения переходного процесса в измерительной цепи, возникают так называемые динамические погрешности. Значение этих погрешностей определяются динамическими свойствами средств измерений и частотными характеристиками исследуемого процесса.

Погрешность от влияния квантования исследуемой величины по амплитуде оказывается незначительной при относительно невысоких требованиях к точности измерения мгновенных значений. Положим, при квантовании случайного процесса образуется шум квантования n(t). Квантованное по амплитуде мгновенное значение случайного процесса будет равно:

Для измерения мгновенных значений i и и применяют осциллограф с вибраторами магнитоэлектрической системы (п.21.4), подвижной частью которых является легкая петелька со световым указателем, угол отклонения которой пропорционален мгновенному значению измеряемой величины.