Методы и средства электрических измерений неэлектрических величин

 

 

 

Тема 12. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ  

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 

12.1. Общие сведения 

Под объектом измерения понимается физическая система, процесс, явление 

и т. д., которые характеризуются одной или несколькими измеряемыми физиче-

скими величинами. Как правило, эти величины являются по природе своей не-

электрическими. Поэтому в настоящее время используется большое количество 

разнообразных первичных измерительных преобразователей и датчиков неэлек-

трических  величин.  При  этом  постоянно  развивающийся  научно-технический 

прогресс предъявляет требования к разработке новых преобразователей с улуч-

шенными метрологическими характеристиками. 

Практика  применения  электроизмерительных  приборов  для  измерения  не-

электрических величин показала их большую эффективность, поскольку они поз-

воляют обеспечить: 

- дистанционное измерение искомых величин, в этом случае датчик удален 

от средства измерения принимающего его сигналы, например, датчики темпера-

туры, расположенные в охлаждающем контуре ядерного реактора; 

- измерение сигналов очень малых величин, за счет использования электрон-

ных усилителей; 

- повышение метрологической надежности результата измерения, за счет ис-

пользования различных алгоритмов обработки сигнала измерительной информа-

ции, например, исключение помехи, введение поправок для компенсации допол-

нительных погрешностей; 

- измерение физических величин, изменяющихся в широком диапазоне ча-

стот, например, измерение медленно меняющейся температуры в помещении или 

измерение ускорения при исследовании объекта на вибростенде; 

- более эффективное автоматическое управление; 

Измерительный преобразователь

 (ИП) неэлектрических величин устанавли-

вает однозначную функциональную зависимость между входной измеряемой не-

электрической величиной и выходной электрической величиной. Данная зависи-

мость называется 

функцией преобразования

 или 

статической характеристикой 

преобразования

, т.е. речь идет о связи между информативным параметром выход-

ного  сигнала  и  постоянным  во  времени  информативным  параметром  входного 

сигнала.  Ее  можно  описать  аналитически,  в  виде  графика  или  градуировочной 

таблицы. 

 

 

 

Наряду со статической характеристикой для описания динамических свойств 

преобразователя  используются  динамические  характеристики.  Например, 

ско-

рость  преобразования

 –

 

число  измерений  в  единицу  времени,  выполняемых  с 

нормируемой точностью; 

время преобразования

 – время от  начала преобразова-

ния до получения результата с нормированной точностью. 

Другими важнейшими метрологическими характеристиками измерительных 

преобразователей  являются:  чувствительность,  основная  и  дополнительные  по-

грешности (функции влияния), выходное полное сопротивление и т. д. 

К неметрологическим характеристикам преобразователей относят габариты, 

массу, удобство монтажа и обслуживания, взрывобезопасность, устойчивость к 

механическим, тепловым, электрическим и другим перегрузкам и т. п.  

На рис. 12.1 показан пример электроизмерительного прибора для измерения 

температуры, где в качестве измерительного преобразователя используется тер-

мопара 

ТП

. ЭДС термопары, являющаяся величиной функционально связанной 

с измеряемой температурой, измеряется с помощью милливольтметра 

mV

, шкала 

которого проградуирована в градусах.  

mV

ТП

 

Рис.12.1

 

В общем случае сигнал измерительной информации от выхода первичного 

ИП до "потребителя" может проходить через ряд промежуточных измерительных 

преобразователей, которые выполняют функции изменения уровня, спектра, вида 

сигнала.  

В приборах прямого преобразования существенно возрастает суммарная по-

грешность,  поскольку  при  последовательном  соединении  результирующая  по-

грешность  определяется  суммой  погрешностей  составляющих  измерительную 

цепь преобразователей. Для снижения погрешности используют либо дифферен-

циальные  измерительные  преобразователи,  либо  дифференциальные  схемы 

включения преобразователей, что позволяет получить меньшую аддитивную по-

грешность, меньшую нелинейность функции преобразования, повышенную чув-

ствительность и помехозащищенность.