6. Структура измерительных преобразователей.

Измерительный преобразователь может состоять из нескольких преобразовательных элементов (ПЭ), в каждом из которых происходит одна из элементарных преобразовательных операций – преобразование измерительного сигнала. П, на который непосредственно воздействует измеряемая величина называется чувствительным элементом. (ЧЭ)

Различие между измерительными преобразователями (ИП) и ПЭ состоит в том, что ПЭ не имеет нормированных метрологических характеристик. Кроме того, ПЭ не является самостоятельной конструктивной единицей в общей конструкции СИ.

Рассмотрим ИП механического давления.

Он состоит из следующих ПЭ:

1 – мембрана

2 – тензорезистор

3 – мостовая схема

4 – корпус (не относится к ПЭ)

НП – напряжение питания

Uвых – выходной сигнал преобразователя

Каждый из ПЭ не имеет своих нормированных метрологических характеристик, но сумма их погрешностей будет обуславливать нормированную погрешность всего ИП. Несмотря на многообразие структурных ИП принцип их действия основан на методах прямого и уравновешенного преобразования.

Метод прямого преобразования

Метод прямого преобразования характеризуется тем, что все преобразования производятся в одном прямом направлении.

Этот метод преобразования обладает максимальным быстродействием и простотой схемной реализацией. Однако общая погрешность ИП определяется погрешностями всех ПЭ, входящих в схему, что обеспечивает сравнительно невысокую точность измерения.

Метод уравновешенного преобразования

Метод уравновешенного преобразования – заключается в том, что используются две цепи преобразовательных элементов: цепь прямого преобразования, имеющая функцию преобразования y = F(x) и цепь обратного преобразования, состоящую из обратного преобразовательного элемента (ОПЭ)

С помощью ОПЭ создается уравновешивающий сигнал Xy = F^-1 (y), где F^-1 – функция преобразования ОПЭ, обратная по отношению к F.

ЭС – элемент сравнения. Он вырабатывает сигнал рассогласования X = X-Xy. В зависимости от функциональной схемы цепей преобразования и типа ЭС и ПЭ связь между входным x и выходным y сигналами может быть либо линейной y=kx, либо нелинейной y=F(x).

Погрешность данного метода определяется степенью уравновешивания х, зависящего в свою очередь от функциональной схемы цепи прямого преобразователя. Существуют 2 основные разновидности метода уравновешивающего преобразователя:

- метод одновременного сравнения измеряемой и уравновешивающей величин;

- метод разновременного их сравнения.

В первом методе ЭС подвергается одновременному воздействию двух взаимоуравновешивающих сигналов X и Xy. Например, термоэлектрический преобразователь с двумя изолированными нитями подогрева Н1 и Н2.

Во втором методе Эс имеет только один вход, на который поочередно подается либо измеряемая величина X либо уравновешивающая величина Xy.

Метод замещения

Данный метод часто называется методом замещения, так как воздействие величины Х замещается после переключения воздействием величины Xy.

Схема метода замещения:

КЛ – ключ

ЗУ – запоминающее устройство для хранения результата воздействия входного сигнала Х.

Уравновешивающая величина Xy формируется ОПЭ из некоторой стабильной величины Х0 однородной с Х.

Метод замещения позволяет избавиться от погрешности, обусловленной воздействием на чувствительный элемент обычно разнородных величин Х и Xy, однако преобразователи, использующие этот метод обладают значительно меньшим быстродействие и пригодны только для измерения усредненных величин или величин, постоянных в определенный интервал времени. Метод замещения снижает требования к стабильности ПЭ, что позволяет применять более чувствительные ПЭ.