К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 166
Текст из файла (страница 166)
Применяемые на практике средства измерений .подразделюотся по техническому назначению на меры, измерительные приборы (в первую очередь электроизмернтельные приборы), измерительные преобразователи и вгломогательные средства измерений. Кроме того, существуют измерительные установки и снсюмы, лредстаюгяющне собой совокупность различных средств измерений. Мера - средство измерений, предназначенное дпя воспроизведения физической величины заданного значения.
Электроизмерлтельные приборм - срелства электрических измерений, позвслюошие выдавать информацию об измеряемой физической величине в доступной дпя нецосредственного восприятия форме. Электр о измерительные приборы по принципу действия классифицируют на электромеханические и электронные. Электронные измерительные приборы можно разделить на три группы: приборы дпл измерения параметров электрических сигналов (например, амперметры, вольтметры, частотомеры, осциллографы); приборы лдя измерения параметров эпектрорадиотехническнх цепей с сосредоточенными и распределенными постоянными (например, измерители параметров двухполюсннков и четырехполюсников); источники измерительных сигналов измерительные генераторы.
Измерительный преобразователь - средство измерения, предназначенное дпя выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразовании, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи подразделяют иа преобразователи электрических величин в электрические (например, шунты, делители напряжения, измеригельные трансформаторы) и преобразователи неэлектрическнх величин в электрические (например, температуры электро измерительным прибором, на вход которого подюлочена термопара). Совокупность преобразователей, обеспечивающих осуществление всех необходимых преобраюваний сигнала измерительной информации, назьгваетея измерительной цепью.
Электроизмерлтельные приборы прямого преобразования в общем виде мо:кно представить состоюлими нз двух функциональных элементов (рис. 5.4.1): измерительной цепи (УНТ) - преобразователя измеряемой величины Х в промежуточную элекгрнческую величину У; измерительного механизма (ИМ), предназначенного для преобразования электрической 'величины У в перемещение а подвижной части прибора, который градуируют в значениях измеряемой величины. В большинстве приборов ИМ вращается относительно неподвижной основы, на которой размещают шкалу. Рве. 5.4.1. Фтваяяевавмаа схема аэмератаааеге прибора врэмегэ вреабраэевава ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ И СРЕДСТВАХ ИЗМЕРЕНИЯ 531 5.4.1. Услеввые обозначения систем элеятронзмернтельных нриборев Для оценки измерительной цепи пользуются понятием чувствительности ИЦ: Л = г(Х/г(К Измерительные механизмы характеризуют коэффициентом вращающего момента ИМ: лм ~ву/з пге А( - вращающий момент ИМ.
В электромеханических приборах механическая сила смех создается зь счет изменения запасенной в системе энергии при перемещении контура с тохом, т. е. "(смех)х = г()узм/а!х, где )ггзм - энергия в системе; хобобщенная координата перемещения подвижного контура. Вращающий момент ИМ, обусловленный действием механической силы„Мвр = ггмехг, ще г — длина плеча от точки приложения силы Гмех до оси вращения.
В зависимости от метода, используемого дяя получения вращающего момента, различают следующие основные системы электро- измерительных приборов: магнитозлектрическую, элехтро магнитную, электродинамнческую, ферродинамичесхую, электростатическуюю, индукционную, магнитонндукционную и термоэлектрическую. Условные обозначения указанных измерительных систем приведены в табл. 5ХБ1.
Мостовые и компенсационные методы измерения электрических величин используют в приборах сравнения, работающих по принцииу сличения измеряемой величины с эталонной высокостабильной мерой. Для этой цели приборы сравнения снабжают измерительной схемой (сисюмой). В зависимости от црнменяемой образцовой меры различают две разновидности измерительных схем: мостовые, в которых используют этюгонные энементы - резисторы, индуктивные катушки или конденсаторы; компенсационные, снабженные эталонными исгочниками ЭДС нли нормальными элементами. Мосговые измерительные схемы разделяют на схемы постоянного тока - для косвенного измерения сопротивления резисторов - и схемы переменного тока - для косвенного измерения индуктивности, емкости, а также добротности и тангенса угла потерь (В Ь.
Компенсационнме схемы являются основой компенсаторов, служащих для высокоточных измерений ЭДС или напряженна (особенно малых значений) без потребления мощности измерительной схемой. Эта принципиальная особенность компенсационных схем и обусловливает возмо:кность обеспечения высокой точности измерений. Компенсаторы используют в метрологических лабораториях в качестве эталонных измернгелей напряжения (вольтметров). Глава 5.4.
ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЬ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ 532 о= (4 ЛМ Рае. 5.4.2. Стррюурпва схема яафреаеге првбера аешеваеге араебраэеааяяя К приборам сравнения, нашедшим широкое применение в технике измерений, можно отнести цифровые приборы, в которых осущеашллегая сравнение (сличение) ишеряемой велияины с образцовой мерой. Цифровые приборы работают по принципу преобразования непрерывных аналоговых значений измеряемых величии в дискретную (цифровую) форму. Для этого в приборе производится периодическое сравнение измеряемой величины с эталонной.
В качестве эталонной величины используют напряжение, временной интервал и тш, Результат измерения, получаемый в момент равенства измеряемой и эталонной величин, предстввпжтся в двоичном коде, а затем поаредством дешифратора преобразуется в десятичную форму, которая отображается на отачетном устройстве. В зависимости от метода преобразования аналогового сигнала в двоичный код различают следующие типы цифровых приборов: прямого преобразования, в которых производится непосредственный замер измеряемой величины (в частотомерах - продолжительность периода, в вольтметрах - напряжение, и т.
д.); косвенного преобразования, в которых измеряемая величина (например, напряжение) прсо бразуемя в другую величину (обычно временной интервал) а последующим ее измерением дяя определения значения исходной Компенсационный метод измерений, реализуемый во ваех цифровых приборах, обеапечивает предельно малую приведенную погрешность измерений (%) у = (ЛХ /Х )1ОО - 1О-1 ...
1О-4, гпе ДХюах - максимапьнаа абсолютнаЯ погрешность; Х - верхний предел измерений. Структурная схема цифрового прибора косвенного преобразования представлена на риа. 5.4.2. Измеряемая аналоговая величина А подается (непосредственно или через промежуточный преобразователь) на аравнивающее устройство (СЗ'). К другому выходу СУподводят образцовую меру ао(г), которая устройатвом управления (Уу) изменяется по требуемо- му закону. Блок УУфикаируст начальный Го и конечный Гх моменты процесса сравнения величин Ах и ао(У).
кРоме того, он содеРжит автогенератор тактовых импульсов дпя измерения на электронном счетчике (ЭС) интервала анх = Гх - Го, пропорционального эначеюпо Результаты измерений отображаются на устройстве цифрового отсчета (УХ(О) в виде десятичного числа. Для более точного измерения величины брх в схеме применяют электронный коммутатор (Эй), фиксирующий начало и конец измеряемого ЭС интервала времени. Время-импульаное кодирование информации широко применяют в цифровых. вольтметрах.
Сущность этого метода ясна на примере цифрового прибора (риа. 5.4.3, а), в котором в качестве образцовой меры используют импульсы напряжения ис(Г), формируемые специальным низкочастотным мнератаром пилообразного напряжения (ШВ). Этот изменшощийся во вреыени сигнал ис(Г) сравнивается в сравнивюощем устройспе с измеряемым аналоговым напряжением (~х Специальн»1й блок управлеюш (БУ) фикаирует моменты начала нараатания пилообразного напряжения (ф) и равенспш сравниваемых сигналов (гх), т.е. о(г) = (Г (5А.1) Поскольку крутизна нарастания эталонного напр~скалил ис(Г) полдержнваетая неизменной, отрезок времени ггуз = 1„- й» формируемый измерителем времени (ИВ), определяет значение измеряемого напряжения 11 Временные диаграммы процессов в цифровом валюметре с время-импульсным кодированием показаны на рис.
5.4.3, б. Ках видно из верхней диаграммы, где индекс "и" соответствует максимальным значениям величин. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ И СРЕЯСТВАХ ИЗМЕРЕНИЯ 533 (( Вм а1 Рис. 5.4.4. Струатураав едена (а) авфревеге еельтаегра с чвстетае-вааулымыи ведврееаивем а вреаеаиме двмраииы рабетм (6) Рве. 5.4З. Струатурваа слеги авфревеге шибера (г в временные диаграиим ереимеев в ивфревеы вельтммре с време-юмувьевым ымиреваввеы (6) ВРеменной интеРвал Лтл = Гглта, гДе Ф - число такговых импульсов в интервале; Тв - период тактовых импульсов. О Да Э = и~лг'г тяуэи, формулы (5.4. 1) измеряемое напряхгение (4 = АиА, где А„= УэыУа/гы, - коэффициент пропорциональности.
Цифровые вольтметры с частотиеимаульсаым ющвреваваем имграмыиш. Втот принцип реализуется в малогабаритных вольтметрах относительно небольшой точности. Он основан на использовании измеряемого аналогового напряжения сГ» для периодической перезарядки измерительного конденсатора С„ (рис. 5.4.4, а).
Соответствующим выбором параметров зарядного йюка (ЗБ) достигасюя линейный закон нарастания напряжения пс(1) на нзмеРнтельном конденсатоРе. В НРИ- боре формируется эталонное напряжение (гс = сопя(, которое подводится к сравнивающему устройству. Напряжение ()Э в Суг сравнивается с сигналом ие(г), и в моменты их равенства фихснруется время (г (рис. 5.4.4, 6). Элекгронный юпоч (ЭХ), управляемый выходным сигналом Су( в моменты Г„подключает к измерительному конденсатору С„разрядный импульс (Ррг) обратной полярности. Конденсатор Си разряжаегся в сгрого фиксированное время АГР поскольку РИ нормирован, а (гс = соцв(. Измерив часппу разрядных импульсов ура, можно найти искомое напряжение (г» На практике частоту ура определяют по значению ее периода Т» Глава 5.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
