Измерительный преобразователь

Определение

Измерительный преобразователь – это средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измеряемой информации в форме, позволяющей его передавать, преобразовывать и т.д., НО недоступной для глаза наблюдателя.

X Y

Вход Выход

На входе – различная физическая величина. На выходе – электрический сигнал на передачу.

На входе может быть всё что угодно: электрическая величина, магнитная, химическая, неэлектрическая. На выходе получаем такой электрический сигнал, который можно регистрировать, передавать и т.д.

Здесь нет отсчётного устройства.

Основная характеристика прибора – функция Y = F(X). Это в идеале она однозначна, а в реальности может быть и гистерезис (зависимость от двух переменных).

Обозначения

ПИП – первичный ИП - это тот, что реагирует на входной сигнал

ВИП – вторичный – принимает первичный и преобразует его в электрический сигнал

В последнее время всё чаще применяются измерительные преобразователи с унифицированным выходным сигналом (ИПУВС).

X =? Y

Измеряемая величина Электрический сигнал

К Y электрическому сигналу предъявляются определённые требования, вот они:

I

i. Может быть постоянным/переменным напряжением

ii. Током

iii. Частотой

iv. Фазой

v. Может быть кодом

II

Зависимость выходной величины от входной должна быть линейна.

Y b

Линейная зависимость

a

X

III

Максимальные значения – по току 100 мА; по напряжению – 30 мВ.

Примечание:

X =? Y

Любая величина Унифицированный

На вход может подаваться, например: механическое воздействие, момент вращения, давление, температура, концентрация, газ и прочее.

Обозначения

ЧЭ – чувствительный элемент

ПФВ – преобразователь физической величины

МП – масштабный преобразователь

ФП – функциональный преобразователь

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ГР – гальваническая развязка

Y а

Линейность

б

X

ЧЭ должен реагировать на малое изменение измеряемой величины.

(прошедший ЧЭ) X*

очень а г

много б

в X (входная величина)

очень мало

Закон распределения может быть любой: возрастающий, падающий, линейный, нелинейный.

Задача ЧЭ – на выходе получить реакцию, любую, но с хорошей точностью.

ПФВ X** б

а

в X*

Задача – получить возрастающий закон, любой.

МП

Умеет увеличивать или уменьшать сигнал, преобразовать сигнал в определённое число раз с высокой точностью. Классическим представителем МП является шунт, делитель напряжений, усилитель, трансформатор.

ФП

Задача – из нелинейного закона сделать линейный.

АЦП

На входе некоторая величина. АЦП преобразует непрерывную величину в дискретную

ГР

Все устройства должны быть защищены от помех, чтобы устройство реагировало на сигнал, а не на помеху.

Кое-что про ГР.

Существуют два вида помех:

1) Нормальная (помеха нормального вида)

2) Помеха общего вида

И вот ГР позволяет повысить помехозащищённость.

Пример:

Помеха нормально вида

Провод

Помеха общего вида

Провод

В качестве гальванической развязки ставим трансформатор

Измерительные преобразователи неэлектрических величин.

X Y

н/электрическая электрическая

Такие устройства делятся на:

1) Генераторные

Под действием X → Y – ЭДС или заряд

2) Параметрические

Под действием X → Y меняет параметры: ΔR, ΔC, ΔL, ΔM, … Такие приборы требуют внешнего источника питания.

Пример:

Пусть X – температура t^o

a) Берём термопару

t₀ E = Y E = k(t_X – t₀)

б) t_X = X =? R

термометр сопротивление

R R = f(t_X) полупроводниковый термистор

R ΔR

I = F(ΔR)

Для маломощных t₁ t₂ t^o

Лекция 9

Классификация электронных преобразователей

I

Электрическая величина Электрическая величина

(дискретный код) №1 (дискретный код) №2

II

вход выход

аналоговый сигнал аналоговый сигнал

АЦП - аналого-цифровой вход выход

преобразователь аналоговый дискретный

ЦАП - цифро-аналоговый вход выход

преобразователь дискретный непрерывный

Аналоговая величина характеризуется бесконечным числом значений на определённом интервале. Дискретная – конечная величина; имеющая конечное число значений. Код – совокупность правил, позволяющих передавать значения в виде последовательности символов.

Преобразователь кода в код

Пример:

ЦОУ – цифровое отсчётное устройство на светодиодах

А)

→

Каждая черта – светодиод (всего – 8).

в форме цифр кусочков проволоки, расположенных

находится единица, дальше всех девятка и нуль.

Под воздействием напряжения цифры загораются.

Для повышения помехоустойчивости существуют специальные помехозащитные коды. Например – код Хэминга.

Код – представление числа в определённой последовательности символов или, с точки зрения техники, представление сигнала в виде элементарных символов, построенных по определённому принципу.

Системы счисления

Любое число в любой системе счисления можно представить, как

где a_i – присущие только данной системе, коэффициент; h – основание системы

Пример:

Пусть h=10 → a = 0; 1; 2; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9 и всё.

Число 938 =

Причём старший разряд → младший разряд.

Пусть h = 60 → a = 0; 1; 2; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; ……….; 59 и всё.

Число 938 =

Пусть h = 2 → a = 0; 1 и всё.

Триггер работает лишь в двух режимах, условно называемых НУЛЬ и ЕДИНИЦА.

Пример:

Число 7 =

Итого: 7₂ = 0 1 1 1 Это мы только что перевили число 7 в двоичный код.

старший младший

разряд разряд

Теперь возьмём число несколько побольше. Например, то же 938.

Переводим в бинарный (двоичный код). h = 2 → a = 0; 1

Число 938 в двоичной системе:

938₁₀ = 111 010 101 0₂

Можно на триггере сделать наглядную схему.

Пример:

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

На тридцати позиционном приборе получили число 984.

Помимо двоичного кода, существует двоично-десятичный с различными весовыми коэффициентами. Каждый разряд числа записывается в двоичном коде.

9 3 8 a) 8-4-2-1

1001 0011 1000 2³–2²–2¹-2⁰

1*2³+0*2²+0*2¹+1*2⁰ = 0*2³+0*2²+1*2¹+1*2⁰ = 1*2³+0*2²+0*2¹+0*2⁰ =

= 8+0+0+1 = 9 = 0+0+2+1 = 3 = 8+0+0+0 = 8

Для реализации необходимо 12 триггеров (три группы по четыре триггера).

б) 2-4-2-1

Число 5 можно представить как 2+2+1 = 1*2³+0*2²+1*2¹+1*2⁰, или как 4+1 = 0*2³+0*2²+0*2¹+1*2⁰ .

В этом и состоит неоднозначность рассмотрения числа.

Примечание:

Существуют ещё восьмеричные h = 8 и шестнадцатеричные h = 16 системы счисления.

Масштабный преобразователь

вход аналог аналог выход

Группы:

I. Пассивные

II. Активные

III. Измерительные трансформаторы тока и напряжения

Пассивные МП не имеют внешнего источника питания Пассивные – это шунты (преобразователи тока I) и делители напряжений. Шунт – преобразователь тока I.

Пример:

I_ИП

0 1 2 3 4 5 А

I I_Ш R_Ш

I_ИП << I R_Ш

манганин

n (известна) = t^o

Сопротивление шунта по закону Кирхгофа

Делитель напряжения

ППИ (переключатель пределов измерения) в ДН

Для уменьшения напряжения в определённое число раз применяют делители напряжения, которые в зависимости от рода напряжения могут быть выполнены на элементах, имеющих чисто активное сопротивление, ёмкостное или индуктивное сопротивление. Серийно выпускают делители напряжения, предназначенные для расширения пределов измерений компенсаторов постоянного тока. Такие делители выполняют из резисторов на основе манганина.

Реально

Как выбирать R₁ и R₂ . Это делается исходя из каждого конкретного случая. Но, вообще сопротивление нагрузки должно быть в 10 раз больше сопротивлений 1 и 2. То есть если R₁ = R₂ = 100 Ом (в этом случае коэффициент деления, кстати, будет равен двум), то R_H = 1 кОм. И так далее.

R₂ C_П2 R_Н

Z₁ = R₁ // Z₂ = R₂ //

В этом случае

Z₂ = R₂ //

В данном случае ёмкость C_H призвано скомпенсировать паразитное воздействие ёмкостей C_{П 1} и С_{П 2}.

Лекция 10

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: