Основные элементы и структурные схемы измерительных приборов
В состав ИП входят измерительные устройства, связанные с измерительным сигналом, выполняющие определенные функции преобразования, защиты и состоящие из различных элементов: опор, пружин, передаточных механизмов, электрических элементов, контактов и т.д. Основными из этих измерительных элементов являются чувствительный элемент (датчик), преобразовательный элемент, измерительная цепь, измерительный механизм, показывающие и регистрирующие устройства.
Первичный измерительный преобразователь (ПИП) — преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая ФВ, т.е. первый преобразователь в измерительной цепи ИП.
Чувствительный элемент (ЧЭ) — часть измерительного преобразователя в измерительной цепи, воспринимающая входной измерительный сигнал.
Датчик — коструктивно обособленный первичный преобразователь, от которого поступают измерительные сигналы.
Измерительная цепь (измерительный канал) — совокупность элементов СВИ, образующих непрерывный путь прохождения измерительного сигнала (ИСГ) одной ФВ от входа до выхода.
Измерительный механизм — совокупность элементов СВИ, которые обеспечивают перемещение указателя (стрелки) относительно отметок шкалы.
Показывающее устройство — совокупность элементов СВИ, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины (ИВ).
Регистрирующее устройство — совокупность элементов СВИ, регистрирующих значения ИВ.
Шкала СВИ — часть показывающего устройства, представляющая собой упорядоченный ряд нумерованных отметок. Шкалы могут быть равномерными и неравномерными, если отметки нанесены неравномерно.
Схема показывающего устройства приведена на рис. 1.5.
Деление шкалы — промежуток между двумя соседними отметками шкалы.
Рис. 1.5. Схема показывающего устройства
Цена деления шкалы — разность значений ИВ, соответствующая двум соседним отметкам шкалы.
Начальное значение шкалы — наименьшее значение ИВ, которое может быть отсчитано по шкале.
Конечное значение шкалы — наибольшее значение ИВ, которое может быть отсчитано по шкале.
Показание СВИ — значение величины или число на показывающем устройстве.
Диапазон показаний СВИ — область значений шкалы прибора, ограниченная начальным и конечным значениями шкалы.
Диапазон измерений СВИ — область значений ИВ, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности СВИ. Он имеет нижний и верхний пределы измерений.
В ИП используются четыре структурные схемы: однократного прямого преобразования; уравновешивающего (компенсационного) преобразования; последовательного прямого преобразования; дифференциального прямого преобразования (рис. 1.6).
Структурная схема ИП прямого преобразования представлена на рис. 1.6, а.
Измерительный прибор по данной схеме работает следующим образом. Измеряемая ФВ X поступает в ЧЭ 1, где преобразуется в другую ФВ (ток, напряжение, перемещение) и переходит на промежуточный преобразовательный элемент 2, который преобразует ее по форме либо усиливает. Далее сигнал поступает к измери-
Рис. 1.6. Структурные схемы измерительных устройств:
1 — ЧЭ; 2 — преобразовательный элемент; 3 — измерительный механизм; 4 — показывающее устройство; 5 — преобразовательный элемент сравнения; 6 — обратный преобразовательный элемент; 7 — преобразователь
тельному механизму 3, перемещение элементов которого определяет положение указателя на показывающем устройстве 4, фиксируя выходной сигнал Y (показание ФВ).
Структурная схема ИП по методу уравновешивающего преобразования представлена на рис. 1.6, б. Элементы 1-4 данной структурной схемы аналогичны, представлены на рис. 1.6, а. Отличительной особенностью этой схемы является наличие преобразовательного элемента сравнения 5 и обратного преобразовательного элемента 6, обеспечивающего отрицательную обратную связь (ОС). Сигнал Z с выхода ЧЭ 1 поступает на элемент сравнения 5 (компаратор), который осуществляет сравнение двух величин, поступивших на его вход: величины Z и величины Zyp (уравновешивающий сигнал), которая формируется на выходе обратного преобразовательного элемента 6. На выходе 5 формируется сигнал, пропорциональный разности значений величин Z — Zyp и поступает на элемент 2, с выхода которого поступает на измерительный механизм 3 и на вход элемента 6. При каждом значении измеряемой ФВ разность Z - Zyp, поступающая на вход элемента 5, сводится к нулю или может иметь малое значение, пропорциональное измеряемой величине.
Рассмотренные структурные схемы могут не иметь измерительного механизма и показывающего устройства, а иметь на выходе преобразователь 7 (например, АЦП), преобразующий аналоговый сигнал в цифровой, который можно обрабатывать, передавать на расстояние, хранить и т.д. (см. рис. 1.6, в, г).
