ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра приборов контроля и систем экологической безопасности

Первичные преобразователи

Рабочая программа Методические указания к изучению дисциплины

Задание на курсовую работу

Факультет технологии и автоматизации управления в машиностроении

Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста:

653700 - Приборостроение

Специализации:

190100 – Приборостроение

190105 – Контрольно-измерительные приборы и системы;

190120 – Приборы и системы таможенного экспортного и импортного контроля

Направление подготовки бакалавра: 551500 – Приборостроение

Санкт – Петербург

2005 г

Утверждено редакционно–издательским советом университета УДК 62-791.2 (035.5)

Первичные преобразователи: Рабочая программа, методические указания к изучению дисциплины, задание на курсовую работу. СПб.: СЗТУ, 2005.-…38с.

Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 653700–«Приборостроение» (специальность 190100–«Приборостроение», специализации: 190105–Контрольно-измерительные приборы и системы, 190120– Приборы и системы таможенного экспортного и импортного контроля ) и направлению подготовки бакалавра 551500–«Приборостроение».(Специализации: 190105 – Контрольно-измерительные приборы и системы, 190120–Приборы и системы таможенного экспортного и импортного контроля).

Дисциплина охватывает основные классы первичных преобразователей, включающий в себя понятия передаточной функции, чувствительности преобразователей к измеряемой физической величине, схеме включения в измерительную цепь и некоторые варианты использования первичных преобразователей в контрольно-измерительных приборах и их конструктивные особенности. Приведена рабочая программа дисциплины, даны методические указания к ее изучению, представлены варианты заданий на курсовую работу.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 4-ого курса, изучающих дисциплину «Первичные преобразователи».

Рассмотрено на заседании кафедры приборов контроля и систем экологической безопасности 14 февраля 2005 года и одобрено методической комиссией факультета технологий и автоматизации управления в машиностроении 18 апреля 2005 года.

Рецензенты: кафедра приборов контроля и систем экологической безопасности (зав. каф. А.И.Потапов д-р техн. наук, проф., Ю.А.Аруцов канд. техн. наук, проф.), С.Е.Парахуда канд. техн. наук, доцент кафедры квантовой электро-

ники и биомедицинской оптики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

Северо-западный государственный заочный технический университет, 2005

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель преподавания дисциплины:

Целью преподавания курса является подготовка инженеров, знакомых с методами выбора первичных преобразователей контрольно-измерительных средств для машиностроения и имеющих достаточную квалификацию для эксплуатации и проектирования контрольно-измерительных преобразователей.

Задачи изучения дисциплины:

Задачи дисциплины следующие: изучение теории преобразования физических величин, принципов построения и проектирования первичных преобразователей, схем включения первичных преобразователей; привитие навыков экспериментирования в области измерения механических величин и параметров электрическими методами.

Связь дисциплины с другими дисциплинами:

Дисциплина «Первичные преобразователи» базируется на знаниях, полученных при изучении общетеоретических дисциплин, в том числе: «Высшая математика», «Физика», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» а также общеинженерных дисциплин: «теория механизмов и машин»,

«Детали приборов», «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения», «Основы метрологии, точность и надежности», «Элементы точных приборов».

Знания, полученные при изучении дисциплины «Первичные преобразователи», используются в дисциплинах «Электронные устройства контроля и микропроцессоры», «Теория и проектирование автоматизированных контролирующих систем».

Первичные контрольно-измерительные преобразователи рассматриваются в совокупности с входными цепями, а в некоторых случаях даются сведения и об обработке информационно-измерительного средства.

Объем дисциплины не позволяет охватить все типы первичных контрольноизмерительных преобразователей, применяемых в различных средствах измерений.

Поэтому в данной дисциплине в основном рассматриваются преобразователи механических величин, электрические, емкостные, электромагнитные, термоэлектрические, пьезоэлектрические и оптические преобразователи, получившие наибольшее распространение в машиностроении. Основное же изучение материала дисциплины проводится студентом самостоятельно.

1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ»

1.1 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС Преобразование измерительных сигналов в приборах; типы преобразовате-

лей и преобразование ими сигналов; линейные и нелинейные преобразователи; информационные аспекты преобразования сигналов; количество информации; потери информации при преобразовании сигналов; преобразователи различных физических величин и полей; взаимность и обратимость преобразователей; уравнения и параметры преобразователей; помехозащищенность; взаимодействие преобразователей с внешней средой.

1.2 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем дисциплины 90 часов)

1. Введение

Назначение дисциплины. Значение первичных измерительных преобразователей для автоматизации измерений и контроля в машиностроении. Общие вопросы проектирования преобразователей. Определение понятия «первичные преобразователь». Ряды предпочтительных номиналов, рекомендуемых для проектирования преобразователей. Характеристики эксплуатационных условий преобразователей и методы их описания. Развитие техники первичных измерительных преобразователей. Проявление закона отрицания в развитии методов измерения. Скачкообразный характер развития контрольно-измерительных первичных преобразователей.

2. Физические величины и контролируемые параметры

Физическая величина. Контролируемый параметр. Механические входные характеристики. Выходной сигнал. Методы преобразования физических величин. Рабочие условия измерений и контроля. Унификация параметров сигналов. Измерение параметров процессов.

3.Общие характеристики измерительных первичных преобразователей

Классификация измерительных преобразователей. Генераторные и параметрические преобразователи. Статические характеристики: функция преобразования, чувствительность, порог чувствительности, линейчатость, гистерезис, последействие, диапазон измерения. Диалектические противоречия точности и диапазона измерений. Разрешение противоречия при повышении точности с одновременным увеличением диапазона за счет применения многозначных мер. Информационные характеристики первичных преобразователей. Динамические

характеристики первичных преобразователей: частотные, фазовые, переходные характеристики.

Быстродействие. Диалектическое противоречие точности и быстродействия. Критика метафизического тезиса «Обмен точности на быстродействие» и разрешение этого противоречия при реализации «прерывистости информации».

Точностные характеристики. Составляющие основной параметр погрешности первичных преобразователей. Выход параметров первичного преобразователя за допускаемые пределы в процессе эксплуатации первичных преобразователей как результат действия закона о переходе количественных изменений в качественные. Повышение надежности средств измерений в результате выявления причинно-следственных связей в структуре преобразователей.

4. Электроконтактные первичные преобразователи.

Схемы, принцип действия и функции преобразования. Контакты, процессы в межконтактном зазоре. Вольтамперная характеристика межконтактного зазора. Схемы включения электроконтактных преобразователей. Передаточные механизмы электроконтактных преобразователей. Преобразователи электрического контактирования. Область применения электроконтактных преобразователей.

5. Резистивные первичные преобразователи.

Потенциометрические первичные преобразователи. Характеристики преобразователей. Влияние нагрузки на линейность преобразования. Области применения резистивных преобразователей. Тензометрические преобразователи. Параметры преобразователей. Схемы включения тензометров. Их свойства и область применения.

6. Электромагнитные преобразователи

Физические основы преобразования электромагнитных величин. Классификация преобразователей. Индуктивные преобразователи с открытой и закрытой цепью. Дифференциальные и недифференциальные преобразователи. Преобразователи с изменяющимся свободным зазором и с изменяющейся площадью зазора. Соотношения, определяющие основные характеристики индуктивных преобразователей. Функции преобразования. Линейность. Влияние высших гармоник. Схемы включения индуктивных преобразователей. Области применения индуктивных преобразователей.

Магнитоупругие преобразователи: принцип действия и основные свойства, области применения.

Индукционные преобразователи. Основные соотношения. Типы преобразователей. Области применения.

Физические основы вихревого потока. Типы преобразователей. Зависимости, определяющие глубину проникновения вихревых токов от частоты и физических свойств материалов.

Магнитоэлектрические преобразователи. Прямое и обратное преобразование. Функции преобразования, чувствительность, диапазон преобразования, линейность, гистерезис, последействие.

Требования к элементам преобразователей. Области применения магнитоэлектрических преобразователей.

7. Электростатические преобразователи

Физические основы пьезоэлектрических преобразователей. Пьезоэффект. Свойства пьезоэлектрических материалов. Характеристики преобразователей. Области применения пьезоэлектрических преобразователей.

Емкостные преобразователи. Принцип действия и свойства. Измерительные цепи. Типы преобразователей и расчетные соотношения, определяющие основные параметры преобразователей. Функция преобразования. Характеристики преобразователей. Область применения емкостных преобразователей.

8. Электронно-механические преобразователи

Принцип действия. Схемы включения. Применение механотронов.

9. Фотоэлектрические преобразователи

Физические основы фотоэлектрических преобразователей. Приемники излучения с внешним и внутренним фотоэффектом. Анализаторы фотоэлектрических преобразователей.

Детекторы. Преобразователи считывания. Компенсационные преобразователи. Фотоэлектрические микроскопы. Фазовые преобразователи. Оптикоэлектронные первичные преобразователи.

10. Телевизионные первичные преобразователи

Основные характеристики телевизионных методов контроля. Область применения телевизионных средств контроля.

11. Пневмоэлектрические преобразователи

Характеристики преобразователей.

1.3 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (20 ЧАСОВ)

1.	Введение. Физические величины и контролируемые параметры. Общие ха-
рактеристики измерительных первичных преобразователей.		4	»
2.	Преобразователи механического сигнала	2	»
3.	Электроконтактные, резистивные и тензометрические первичные преобразо-
ватели		2	»
4.	Пьезоэлектрические преобразователи	4	»
5.	Фотоэлектрические преобразователи	2	»
6.	Электромагнитные преобразователи	4	»
7 Термоэлектрические преобразователи		2 »
	1.4 ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (4 ЧАСА)

Нахождение функций преобразования и расчет чувствительности к измеряемым физическим величинам первичных преобразователей различного типа.

	1.5 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (8 часов)
1.	Исследование преобразователей механического сигнала	2 часа
2.	Исследование фотоэлектрического первичного преобразователя	2 »
3.	Исследование пьезоэлектрического первичного преобразователя	2 »
4.	Исследование термоэлектрического первичного преобразователя
	(болометра)	2 »