Преобразователей необходимо

резисторы (варисторы) — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от таких параметров, так температура окружающей среды, вибрация, влажность, освещенность и т. д. Для остальных групп полупроводниковых резисторов характерна существенная зависимость электрических характеристик от этих параметров, поэтому их широко используют в качестве первичных преобразователей неэлектрических величин в электрические. Электрические характеристики терморезисторов сильно зависят от температуры, фоторезисторов — от освещенности, тензорезисторов — от механических напряжений.

16.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

16.2. Характеристики измерительных преобразователей неэлектрических величин.......< 351

Значительно сложнее нормирование погрешности взаимодей-сглвия СИ неэлектрических величин. В этой области явления обмена энергией СИ и объекта изучены недостаточно. Однако для многих СИ неэлектрических величин проблема может быть сведена к уже решенной путем использования теории электромеханических аналогий и расчета эквивалентных электрических схем преобразователей неэлектрических величин [15].

Несмотря на упомянутые трудности последовательная схема линеаризации получила широкое распространение особенно для линеаризации функции преобразования преобразователей неэлектрических величин в. электрические выходные сигналы. В этом случае линеаризация может быть осуществлена с помощью электрического корректирующего устройства без применения, как правило, сложного в конструктивном отношении корректирующего преобразователя с неэлектрической входной величиной, как это необходимо в схемах линеаризации с параллельным включением корректирующего преобразователя.

первичных преобразователей неэлектрических величин

Значительное место среди преобразователей неэлектрических величин занимают механические упругие преобразовательные элементы. Они используются в качестве первичных или промежуточных преобразователей. В основу принципа их действия положены зависимости упругих свойств деформированных материалов под воздействием усилий, давлений, крутящих моментов и т. п.

Основной статической характеристикой первичных преобразователей неэлектрических величин является функция преобразования или градуировочная характеристика. Для большинства преобразователей неэлектрических величин их функция преобразования существенно нелинейна. Поэтому при их сопряжении с электрическими измерительными приборами, обладающими линейной зависимостью показаний от значения входной величины, возникает необходимость линеаризации функции преобразования первичного преобразователя. Линеаризация может быть осуществлена конструкторскими, технологическими либо структурными методами (см. п. 4.3).

При этом приходится прибегать к коррекции динамических характеристик. Использование для этой цели корректирующих устройств сопряжено, с одной стороны, с увеличением статических погрешностей, а с другой — с возрастанием влияния дестабилизирующих факторов и, главным образом, помех. Кроме того, для эффективной коррекции необходимо знать динамические характеристики преобразователя. Следует, однако, отметить, что динамические характеристики преобразователей неэлектрических величин не всегда являются постоянными, ибо в ряде случаев они определяются не только конструкцией преобразователя, но зависят также от свойств исследуемой среды и условий взаимодействия с ней. Это создает дополнительные трудности при коррекции динамических характеристик, так как значение параметров динамических характеристик должно измеряться в этом случае наряду с измерением искомой неэлектрической величины и должна быть обеспечена автоматическая подстройка корректирующего преобразователя.

Пьезоэлектрические преобразователи. Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей неэлектрических величин основан на использовании прямого пьезоэлектрического эффекта, сущность которого заключается в электрической поляризации определенного клас-оа диэлектриков, называемых пьезоэлектрикаяш, при механическом напряжении в их кристаллах.

19.2. Основные характеристики первичных преобразователей неэлектрических величин.............................. 263

Весьма важными являются динамические характеристики измерительных преобразователей неэлёктрических величин. Аккумуляция механической, тепловой, электрической или другой энергии в элементах преобразователя делает его инерционным. Инерционность проявляется в том, что выходной сигнал преобразователя не успевает следить за изменениями измеряемой величины, вследствие чего могут возникнуть существенные динамические погрешности вплоть до того, что результаты измерения становятся совершенно неприемлемыми. Так как измерение быстропротекающих процессов увеличивается во всевозрастающем объеме, то при выборе соответствующих преобразователей необходимо всегда исходить из условия обеспечения согласования их динамических характеристик с динамикой объекта.

Весьма важными являются динамические характеристики измерительных преобразователей неэлектрических величин. Аккумуляция механической, тепловой, электрической или другой энергии в элементах преобразователя делает его инерционным. Инерционность проявляется в том, что выходной сигнал преобразователя не успевает следить за изменениями измеряемой величины, вследствие чего могут возникнуть существенные динамические погрешности вплоть до того, что результаты измерения становятся совершенно неприемлемыми. Так как измерение быстропротекающих процессов увеличивается во всевозрастающем объеме, то при выборе соответствующих преобразователей необходимо всегда исходить из условия обеспечения согласования их динамических характеристик с динамикой объекта.

Во многих электрических сетях и системах вентильные преобразователи являются одним из основных видов нагрузки. Преобразователь является для сети нелинейной нагрузкой, и его работа оказывает влияние на режимы работы сети, особенно если мощности преобразователя и сети соизмеримы. Поэтому при проектировании как электрических сетей, так и вентильных преобразователей необходимо учитывать влияние преобразователей па питающую сеть. Только в этом случае создаются установки с высокими технико-экономическими показателями. Данный вопрос привлекает большое внимание как специалистов в области электроэнергетики и электротехники, так и разработчиков преобразовательных устройств и требует их совместной работы.

При оценке и сравнении измерительных преобразователей необходимо учитывать следующие их основные свойства.

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.

При измерении рН с помощью гальванических преобразователей необходимо вносить поправки на влияние температуры.

На обобщенной схеме показаны усилитель переменного напряжения А1 и УПТ А2, включенные после преобразователя U1. Однако в практических приборах применение обоих усилителей встречается очень редко. Используется либо додетекторное усиление, либо последетекторное. Для нормальной работы почти всех преобразователей необходимо входное напряжение не менее долей вольта. Поэтому в высокочувствительные измерители напряжения вводят усилители переменного напряжения, часто широкополосные с полосой пропускания от единиц герц до десятков мегагерц. Для обеспечения чувствительности до 1 мкВ для додетек-торного усиления используется супергетеродинный приемник. Нижний предел измеряемого напряжения обусловливается естественными шумами.

Выходное сопротивление определяет мощность, которая может быть передана последующему преобразователю при данном значении (уровне) выходного сигнала. Преобразователь с выходной стороны бывает нагружен тем или иным сопротивлением, и для наиболее эффективного использования преобразователей необходимо согласование входного сопротивления данного преобразователя с выходным сопротивлением предшествующего преобразователя. Если выходное сопротивление мало по сравнению с входным сопротивлением последующего преобразователя, то характер работы данного преобразователя соответствует источнику постоянного напряжения, если же выходное сопротивление велико, то — источнику постоянного тока. Это обстоятельство должно учитываться при комплектовании нескольких преобразователей в единой последовательной цепи. Отметим, что для двух преобразователей в цепи прямого преобразования надо учитывать следующее: чем меньше выходное сопротивление предшествующего преобразователя по отношению к входному сопротивлению последующего преобразователя,тем меньше взаимная зависимость характеристик преобразователей.

При эксплуатации пьезоэлектрических преобразователей необходимо учитывать так называемый кабельный эффект, существенно затрудняющий использование пьезоэлектрических преобразователей в условиях вибрации, при которых возникают электростатические заряды в изоляции кабеля, взаимодействующие с зарядом на гранях кристалла и искажающие

Анализ и опыт показывают, что инерционность тепловых преобразователей уменьшается с ростом интенсивности теплообмена*. Во всех случаях для уменьшения как динамических, так и статических погрешностей преобразователей необходимо стремиться к улучшению теплового контакта со средой, с которой происходит теплообмен. Кроме того, в измерительных цепях тепловых преобразователей с этой же целью применяют дифференцирующие корректирующие звенья, исправля-

При монтаже и эксплуатации термоэлектрических преобразователей необходимо иметь в виду, что точность измерения зависит от теплообмена между преобразователем и средой, конструкции преобразователя, способа и места его установки (см. § 24.2).