- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3. Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4. Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2. Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4. Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
5.2. Классификация измерительных преобразователей
Одним из важнейших элементов любого прибора, предназначенного для измерения неэлектрических величин, является измерительный преобразователь (датчик), входной величиной (естественной входной величиной) которого является измеряемая величина. Такой преобразователь можно назвать первичным измерительным преобразователем (ПИП). Рассмотрим классификацию первичных измерительных преобразователей.
Классификация ПИП может быть проведена по нескольким классификационным признакам.
По виду естественной выходной электрической величины ПИП подразделяются на генераторные (энергетические) и параметрические.
Генераторные - это такие ИП, которые под действием входной величины сами генерируют электрическую энергию (ИП с выходной величиной - напряжение, или ток). Генераторные ИП могут включаться в измерительную цепь, где отсутствует источник энергии. Примерами генераторных ИП являются термоэлектрические и фотоэлектрические ИП.
Параметрические ИП - это такие ИП, которые под действием измеряемой величины изменяют значение выходной величины в зависимости от принципа действия (например, ИП с выходной величиной в виде изменения сопротивления, емкости и т. д. в зависимости от значения входной величины), к ним относятся терморезистивные, емкостные ИП.
По физической закономерности, на которой основано действие преобразователя, все ИП можно разделить на следующие группы: резистивные; тепловые; электромагнитные; электростатические; электрохимические; пьезоэлектрические; фотоэлектрические; электронные; квантовые.
Рассмотрим первичные измерительные преобразователи в соответствии с этой классификацией.
5.3. Резистивные измерительные преобразователи
Резистивные измерительные преобразователи (РИП) в настоящее время являются самыми распространенными.
5.3.1. Общие вопросы построения рип
Принцип действия РИП основан на изменении их электрического сопротивления при изменении входной величины.
Уравнение преобразования в обобщенном виде:
R = F(ХЭ, ХМАГ, ХМЕХ, ХТ, ХОП, ХХИМ, ХРАД, ХПР, ХВР). (5.8)
Откуда полный дифференциал dR резистивного ИП в общем случае
dR = (R/ХЭ )dXЭ + (R/ХМАГ )dXМАГ + … + (R/ХВР )dXВР, (5.9)
где R/Хi - чувствительности РИП к различным по физической природе входным величинам.
При построении РИП стремятся к тому, чтобы изменение сопротивления R происходило под действием одной входной величины (реже двух).
Для этого влияние остальных входных величин, выступающих как паразитных, сводят к требуемому минимуму технологическим, конструктивным или схемотехническим путем. В этом случае РИП можно представить в виде, показанном на рис. 5.2:
X1
Х РИП R X2 РИП R
Рис. 5.2
РИП состоит из чувствительного элемента с электродами и выводами и различного рода конструктивных элементов.
Чувствительный элемент (ЧЭ) РИП выполняется из:
1) проводниковых материалов: <10-6 Омм;
2) полупроводниковых материалов: 10-6 Омм < <108 Омм;
3) диэлектрических материалов: >108 Омм.
Материалом ЧЭ может служить как электрически изотропное вещество, имеющее одинаковое электрическое сопротивление по всем направлениям, так и электрически анизотропное вещество, имеющее в разных направлениях различное сопротивление.
Чувствительные элементы могут быть выполнены:
1) твердыми - в виде различных брусков, трубок, проволок, пленок с определенными размерами и формой сечения;
2) жидкими;
3) газообразными - в виде объема, заключенного в камеру с определенными размерами и конструкцией.
Электроды ЧЭ выполняются в виде колпачков, выводов из высоко электропроводных материалов (серебро, медь, платина, золото и др. - это так называемые омические электроды) и полупроводниковых материалов (германий, кремний легированных примесями - инжекционные электроды). Для электрической изоляции токоведущих частей и ЧЭ используются изоляционные материалы: асбест, слюда, фарфор, кварц, стекло и др.
Обычно ЧЭ размещается на базовом элементе - каркасе. Для защиты от внешних влияющих факторов используются защитные элементы в виде чехлов и специальных покрытий, кожухов, оболочек.