Электрические измерения неэлектрических величин
При проведении экспериментов очень часто измеряемые и контролируемые величины имеют неэлектрический характер. Это, например, длина, давление, скорость и т.д. В то же время для фиксации и наблюдений удобнее эти параметры представлять в виде электрических сигналов. В связи с этим получили большое распространение методы преобразования неэлектрических величин в электрические.
Информацию о значении неэлектрической величины получают с помощью датчиков, которые либо непосредственно преобразовывают эту величину в электрическую, либо в датчике сначала производится преобразование неэлектрической величины, например, в механическую, а уже затем – в электрическую. Примером может служить датчик давления мембранного типа, в котором давление жидкости или газа сначала преобразуют в линейное перемещение мембраны или сильфона, а уже затем это перемещение преобразовывают в электрический сигнал. При контроле температуры ее значение сначала преобразовывают в перемещение биметаллической пластины, а уже затем это перемещение используют, например, в электроконтактных устройствах.
Безусловно, если неэлектрическую величину можно сразу преобразовать в электрическую, то так и поступают. Например, с помощью термопары или термометра сопротивления температуру можно сразу преобразовать в электрический сигнал.
После получения от датчика электрического сигнала (сопротивление, индуктивность и т.д.) его нужно измерить соответствующим измерительным прибором. В то же время для согласования сигнала датчика и измерительного прибора нужна определенная типом датчика электрическая схема.
Таким образом, схема электрического измерения неэлектрической величины может представлена следующим образом (рис. 8.1)
 | |||
|
Каждый элемент схемы обладает чувствительностью S и сопротивлением Z. Все они могут питаться от одного или нескольких источников питания (на рисунке не показаны).
Чувствительностью датчика называют отношение изменения выходного сигнала к изменению входного сигнала:
В задачу измерительной схемы входит преобразование одного электрического параметра у в другой электрический параметр z, который и измеряется измерительным прибором, который в соответствии с поступившим на него сигналом z дает показания в виде величины α , которая может фиксироваться, например, в виде отклонения стрелки, пропорциональное параметру z .
Таким образом чувствительность измерительной схемы определяется из выражения
,
чувствительность прибора
,
а чувствительность, обеспечиваемая при электрическом методе неэлектрической величины х
.
Чувствительность прибора (по крайней мере максимальная) зависит от его устройства и может считаться величиной заданной и постоянной, так как изменение схемы готового, серийно выпускаемого прибора реально производится чрезвычайно редко. Чувствительность измерительной схемы можно существенно изменять, так как, как правило, такие схемы изготавливаются под конкретные задачи измерения и в их устройство включают элементы, позволяющие менять чувствительность.
Различают два режима работы измерительной схемы:
1. Внутреннее сопротивление прибора ZПР значительно больше выходного сопротивления измерительной схемы ZСХ, т.е. ZПР >> ZСХ. В этом случае показания прибора зависят только от напряжения на выходе схемы и поэтому для такого режима определяют чувствительность по напряжению, полагая, что ΔZ=ΔU:
.
2. Внутреннее сопротивление прибора соизмеримо с выходным сопротивлением измерительной схемы, прибор реагирует на изменение силы тока IПР и поэтому для такого режима определяют чувствительность по току:
.
В первом случае в качестве измерительного прибора используются вольтметры, во втором – амперметры.
Существующие методы электрических измерений можно в основном разделить на два класса:
1. Непосредственная оценка, при которой измерительная схема выполняет лишь функции преобразования выходного сигнала датчика, например, усиливает его или согласует выходное сопротивление датчика с входным сопротивлением прибора. Метод прост, но применяется сравнительно редко, так как имеет большую погрешность.
2. Метод сравнения. Обеспечивает более высокую точность и чувствительность В нем используются мостовые, дифференциальные и компенсационные схемы измерений.
Дата добавления: 2016-04-19; просмотров: 1000;