ИП НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Общие соображения относительно выбора принципов действия ИП

В соответствии с идеей Галилея, изложенной в п. 5.1, для преобразования какой-либо физической величины в параметр электрического сигнала необходимо выбрать физический эффект, который связывает однозначной зависимостью значение измеряемой величины и выходной сигнал преобразователя, а далее — придумать, как этот преобразователь реализовать с помощью имеющихся материалов.

На пути воплощения идеи в жизнь возникает масса сложностей, превращающих разработку каждого первичного ИП (датчика) в научно-исследовательскую работу:

  • • желательно, чтобы функция преобразования ИП была линейной;
  • • из нескольких физических эффектов необходимо выбрать такой, который обеспечивает максимальную чувствительность;
  • • погрешности преобразования не должны превышать допустимые значения при любых влияющих факторах измерительного сигнала и окружающей среды;
  • • должна обеспечиваться временная стабильность ИП, т.е. метрологические характеристики ИП должны в течение продолжительного времени находиться в разрешенном допуске;
  • • должны быть выполнены заданные требования по габаритам и массе ИП, его надежности, безопасности в эксплуатации и т.д. Для пояснения некоторых требований рассмотрим пример. Сталеварам необходимо знать температуру в мартеновской печи (около 1500 °С). Как известно из физики, электрическое сопротивление металлов растет с ростом температуры. Исследования показали, что линейное преобразование температуры в сопротивление при большой чувствительности обеспечивает медная проволока. Берем кусок проволоки, скручиваем ее в катушку (чтобы уменьшить габариты ИП), помещаем в мартеновскую печь, а к концам проволоки подключаем измеритель электрического сопротивления. Что покажет измеритель сопротивления? Ничего похожего на действительную температуру, поскольку проволока просто расплавится (температура плавления меди 1080 °С).

Но попробуем применить идею с ИП из медного провода для решения других измерительных задач, например для измерения повы


шения температуры спортсменов при беге на 100 м. Поскольку температура растет незначительно (от долей до градуса Цельсия), постараемся сделать ИП максимально чувствительным. Для этого придется взять длинный кусок проволоки. Дело в том, что рост омического сопротивления пропорционален начальному его значению: у проволоки с начальным сопротивлением R = 10 Ом прирост температуры At = 1 °С вызывает увеличение сопротивления на AR = 0,04 Ом, а у сопротивления R = 100 Ом прирост будет в 10 раз больше, т.е. AR = 0,4 Ом. Чувствительность в первом случае равна S; = 0,04 Ом/ °С, во втором S2 = 0,4 Ом/ °С.

Скрутим из длинного куска проволоки катушку, закрепим на теле спортсмена и проведем измерения сопротивления катушки перед забегом и после него. Как ни странно, результаты будут почти совпадать. Почему? Потому, что за время забега (10—11 с) катушка просто не успеет прогреться до нового значения температуры, т.е. возникла большая динамическая погрешность преобразования.

Физических величин, подлежащих измерениям, большое количество; изменяются они в различных диапазонах с различной скоростью (сейчас в промышленности измеряют около 4000 параметров). Создать по одному универсальному измерительному преобразователю каждой физической величины, отвечающему всем требованиям, указанным в начале данного пункта, не представляется возможным. Поэтому для преобразования физических величин в различных диапазонах их изменения приходится разрабатывать ИП на различных физических эффектах. Приведем примеры ИП, работающих на разных физических принципах (подробное рассмотрение вопросов конструирования, исследования и разработки методик применения ИП оставим для специальных курсов).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >