Тема 5. Датчики и преобразователи неэлектрических величин
Общие сведения об измерениях физических (неэлектрических) величин. Классификация преобразователей: параметрические, генераторные, комбинированные. Параметры и характеристики. Структурные схемы датчиков (последовательная, дифференциальная, компенсационная), особенности и ха-
Электромагнитные преобразователи. Индуктивные итехникарансформаторные преобразователи. Влияние внешних факторов. Индукционные преобразователи.
рактеристики.
Электромеханические резистивные преобразователи. Реостатные преобразователи. Требования к измерительной цепи. Погрешности. Тензосопро-
тивления. Типы тензосопротилений. Тарировка.
цип действия, параметры, характеристикии измерительная, достоинства и недостатки, особенности применения, схемы включения.
Электростатические преобразователи: емкостные, пьезоэлектрические.
Требования к измерительной цепи.
Тепловые преобразователи. Термоэлектрические преобразователи. Материалы, применяемые для изготовления термопар. Источники погрешностей. Методы диагностики исправности. Т рмометры сопротивления. Терми-
сторы. Полупроводниковые преобразова ели. Кварцевые преобразователи.
Электрохимические преобразователи: электролитические, гальваниче-
ские (pH-метры).
Датчики положения и перемещ ния. Датчики детекторы близости. Тахометрические датчики. Датчики деформаций. Датчики давления. Датчики
расхода.
Назначение различных преобразователей и датчиков, устройство, прин-
При изучении данной темы нужно обратить внимание на устройство, принцип действия и особенности различных преобразователей и датчиков. Знать, для измерения каких неэлектрических величин используется тот или иной преобразовате ь, для какого диапазона изменения измеряемой величины он может применяться. Ясно представлять причины возникновения по-
грешностей способы их устранения.
МетодическиеМетрологияуказания
Контрольные вопросы
1. Как увеличить разрешение потенциометрического преобразователя?
2. Какими параметрами характеризуются тензодатчики?
3. Что такое функция преобразования?
4. Назовите термодатчик, имеющий самый широкий температурный диапа-
10
зон.
5.В чем преимущества дифференциальных схем построения датчиков?
6.Для измерения каких неэлектрических величин применяютсятехникаемкостные датчики?
7.В чем заключается отличие между датчиками и детекторами?
8.Назовите виды тахометрии и приведите примеры датчиков каждого вида.
9.Перечислите особенности применения тахогенераторов переменного тока по сравнению с тахогенераторами постоянного тока.
Информационно-измерительныеизмерительнаясистемы (ИИС). Классификация ИИС. Сигналы измерительной информации. Унифициров нные сигналы. Методы
преобразования измерительной информации и ее передачи.
Обобщенная структурная схема ИИС, назначение, особенности. Измери- тельно-вычислительные средства. Измерительно-вычислительные комплексы. Применение и функции микропроцессоров в измерительных средствах.
Методические указания
Назначение этой темы дать основные сведения о структуре информаци- онно-измерительных систем, способах получения выдачи информации.
При изучении данной темы нужно разобраться в принципе действия и обратить внимание на источники погрешностей и помех.
1.Что такое информационнои- змерительные системы?
2.ПеречислитеМетрологияосновные унифицированные сигналы, применяемые в ИИС.
3.Назовите основные функции ИИС.
4.Какие требования предъявляются к первичным преобразователям, являющихся элементами информационно-измерительных систем?
11
К О Н Т Р О Л Ь Н Ы Е Р А Б О Т Ы
Контрольные работы должны быть выполнены в сроки, установленные учебным планом. В случае затруднений студент может обратиться в университет на кафедру автоматики и телемеханики за устной или письменной консультацией.
Каждый студент должен выполнить контрольную работу - задачи 1 - 7. Исходные данные для решения каждой задачи берутся из соответствующих таблиц по номеру варианта, за который принимается посл дняя цифра шиф-
ра. |
При выполнении контрольных работ следует соблюдать следующие тре- |
|
|
||
бования: |
техника |
|
|
||
трольной работы, номер варианта, дисциплина, фамилия, имя, отчество, курс, факультет, специальность, учебный шифр и домашний адрес студента.
2. Контрольные работы выполняется аккуратно в рукописном или машинописном виде, у каждого листа должны быть поля шириной 3 см для за-
мечаний рецензента.
3. Условия задач в контрольной рабо е записываются полностью. Все действия при решении выполняются в той же последовательности и под теми же номерами, как указано в тексте задачи. Расчеты должны сопровождаться пояснениями, а обозначения должны быть расшифрованы. Для цифровых
1. На обложке контрольнойизмерительнаяработы должны быть указаны: номер кон-
значений ответов указываются раз |
ерности. |
||
4. Схемы, векторные диаграммы графики выполняются с использова- |
|||
нием чертежных инструментов |
бумаге в клетку или компьютерным спосо- |
||
бом. Условные графические |
обозначения, применяемые в схемах, приведены |
||
в Л.3. |
и |
|
|
|
|
|
|
5. В конце контрольной работы приводится список литературы, которая использоваласьМетрологияпри выполнении контрольной работы, проставляется дата и подпись студента.
Работы, выполненные небрежно и без соблюдения указанных требований, возвращаются без проверки.
Задача № 1
С помощью моста постоянного тока произведено 20 равноточных измерений сопро ивления Ri , резистора. (Данные для своего варианта возьмите в
таблице 1). Полагая, что в приведенном ряду отсутствуют систематические погрешности, а случайные погрешности распределены по нормальному закону, определите:
1.1. Среднее арифметическое значение Rср (математическое ожидание, результат измерения).
12
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R6 |
99,4 |
9,4 |
|
19,4 |
1,94 |
49,4 |
92 |
|
6 |
9,2 |
техника198 506 |
1000 |
|||
Дано: |
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
7 |
8 |
9 |
||
|
|
|
|
|
В а р и |
а н т ы |
|
|
|
|
|
|
|||
1. R, Ом |
99,9 |
9,9 |
|
19,9 |
1,99 |
49,9 |
101 |
10,1 |
206 |
492 |
998 |
||||
R1 |
|
||||||||||||||
R2 |
99,8 |
9,8 |
|
19,8 |
1,98 |
49,8 |
100 |
10,0 |
200 |
505 |
990 |
||||
R3 |
100,5 |
10,5 |
|
20,5 |
2,05 |
50,5 |
95 |
|
9,5 |
200 |
496 |
991 |
|||
R4 |
100,1 |
10,1 |
|
20,1 |
2,01 |
50,1 |
104 |
10,4 |
199 |
498 |
997 |
||||
R5 |
100,2 |
10,2 |
|
20,2 |
2,02 |
50,2 |
107 |
10,7 |
201 |
500 |
999 |
||||
R7 |
100,0 |
10,0 |
|
20,0 |
измерительная |
|
9,9 |
201 |
500 |
1008 |
|||||
|
2,00 |
50,0 |
99 |
|
|||||||||||
R8 |
99,8 |
9,8 |
|
19,8 |
1,98 |
49,8 |
96 |
|
9,6 |
198 |
502 |
1001 |
|||
R9 |
99,7 |
9,7 |
|
19,7 |
1,97 |
49,7 |
105 |
10,5 |
203 |
503 |
1002 |
||||
R10 |
100,1 |
10,1 |
|
20,1 |
2,01 |
50,1 |
102 |
10,2 |
197 |
504 |
1007 |
||||
R11 |
100,3 |
10,3 |
|
20,3 |
2,03 |
50,3 |
101 |
10,1 |
205 |
495 |
1000 |
||||
R12 |
101,2 |
10,7 |
|
20,6 |
2,07 |
50,6 |
106 |
10,6 |
197 |
500 |
1012 |
||||
R13 |
100,0 |
9,6 |
|
19,9 |
1,98 |
49,9 |
99 |
|
9,8 |
199 |
497 |
1000 |
|||
R14 |
100,2 |
9,9 |
|
19,8 |
1,99 |
50,0 |
98 |
|
9,9 |
198 |
498 |
1002 |
|||
R15 |
99,9 |
9,8 |
|
20,0 |
1,97 |
49,8 |
99 |
10,0 |
202 |
502 |
999 |
||||
R16 |
100,0 |
10,0 |
|
19,9 |
2,02 |
50,2 |
100 |
|
9,9 |
198 |
503 |
1000 |
|||
R17 |
100,1 |
9,7 |
|
20,1 |
1,99 |
50,0 |
97 |
10,1 |
200 |
499 |
1002 |
||||
R18 |
99,8 |
10,2 |
|
20,0 |
2,01 |
49,9 |
101 |
|
9,7 |
199 |
499 |
998 |
|||
R19 |
100,1 |
10,1 |
|
19,8 |
2,00 |
50,1 |
98 |
10,0 |
198 |
500 |
1002 |
||||
R20 |
100,0 |
10,3 |
|
19,7 |
1,98 |
|
50,0 |
100 |
|
9,8 |
201 |
501 |
1002 |
||
2. Довери- |
0,95 |
0,99 |
|
0,95 |
0,99 |
0,95 |
0,99 |
|
0,95 |
|
0,99 |
0,95 |
0,99 |
||
тельная ве- |
|
|
|
||||||||||||
Метрология |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
роятность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Среднеквадрат |
ческое отклонение б результата отдельного измере- |
||||||||||||||
ния в данном ряду. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3. При наличии грубой погрешности исключите результат измерения с грубой погрешностью, пользуясь правилом "3 б ", и произведите вновь расчет критериев чности для нового значения числа измерений n' = n - m , где n = 20 - количество измерений, n - количество промахов.
1.4. Среднеквадратическое отклонение S среднего арифметического. 1.5. Дов рительный интервал ± R при заданной доверительной вероят-
ности p (см. табл. 1.). Коэффициент Стьюдента возьмите из таблицы (Л.1) по заданной доверительной вероятности p и количеству измерений n.
1.6. Запишите результат измерения в виде R = Rср ± R.
1.7. Постройте гистограмму распределения остаточных (случайных) погрешностей, взяв ширину интервалов ' = 0,5 б , где б - среднеквадратическое
13