- •Рецензенты:
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Основныепонятияи определения измерительной техники
- •Основные понятия и определения метрологии
- •Единицы физических величин
- •Классификация и методы измерений
- •Классификация средств измерений
- •Метрологические характеристики средств измерений
- •Классификация погрешностей
- •Модели измерительного процесса
- •Систематические погрешности
- •Случайные погрешности
- •Обработка результатов измерений
- •Суммирование погрешностей
- •Формы записи результатов измерений
- •Глава 2. Технические средства измерений электрических величин
- •Электромеханические измерительные приборы
- •Электромагнитные измерительные приборы
- •Электродинамические измерительные приборы
- •Ферродинамические измерительные приборы
- •Электростатические измерительные приборы
- •Индукционные измерительные приборы
- •Электромеханические приборы с преобразователями
- •Измерительные трансформаторы тока и напряжения
- •Измерительные трансформаторы переменного тока
- •Измерительные трансформаторы напряжения
- •Основными параметрами трансформатора напряжения
- •Электронные измерительные приборы
- •Электронные вольтметры постоянного тока
- •Электронные вольтметры переменного тока
- •Электронный вольтметр среднего значения
- •Амплитудный электронный вольтметр (диодно- конденсаторный)
- •Электронный вольтметр действующего значения.
- •Электронный омметр
- •Цифровые измерительные приборы
- •Измерительные мосты и компенсаторы
- •Компенсаторы постоянного тока
- •Компенсаторы переменного тока
- •Автоматические компенсаторы постоянного тока
- •Мосты переменного тока
- •Глава 3. Общие сведения об измерении неэлектрических величин
- •Схемы включения преобразователей в мостовые схемы
- •Динамические свойства преобразователей
- •Классификация измерительных преобразователей
- •Глава 4. Параметрические преобразователи
- •Фотоэлектрические преобразователи
- •Емкостные преобразователи
- •Тепловые преобразователи
- •Погрешности термоанемометра
- •Погрешности газоанализатора.
- •Ионизационные преобразователи
- •Реостатные преобразователи
- •Тензорезистивные преобразователи
- •Индуктивные преобразователи
- •Магнитоупругие преобразователи
- •Погрешности магнитоупругих преобразователей
- •Применение магнитоупругих преобразователей
- •Генераторные преобразователи
- •Гальванические преобразователи
- •Глава 5. Классификация ацп, методыпреобразования и построения ацп
- •Аналого-цифровое преобразование сигналов
- •Классификация ацп
- •Классификация ацп по методам преобразования
- •Метод последовательного счета
- •Метод поразрядного уравновешивания
- •Метод одновременного считывания
- •Построение ацп
- •Сравнительные характеристики ацп различной архитек- туры
- •Параметры ацп и режимы их работы
- •Максимальная потребляемая или рассеиваемая мощность
- •Глава 6. Измерительные информационные системы
- •Стадии проектирования иис:
- •Роль информационных процессов
- •Виды и структуры измерительных информационных систем
- •Основные компоненты измерительных информационных систем
- •Математические модели и алгоритмы измерений для измерительных информационных систем
- •Нет Корректировка алгоритма измерения Измерение
- •Разновидности измерительных информационных систем
- •Многоточечные (последовательно-параллельного дей- ствия) ис
- •Аппроксимирующие измерительные системы (аис).
- •Телеизмерительные системы
- •Системы автоматического контроля
- •Системы технической диагностики
- •Системы распознавания образов
- •Особенности проектирования измерительных информационных систем
- •Интерфейсы информационно-измерительных систем
- •Заключение
- •Список литературы
- •Основные и производные единицы Основные единицы измерения
- •Приборы для измерения электрической мощности и количества электричества
- •Приборы для измерения электрического сопротивления, емкости, индуктивности и взаимной индуктивности
- •И угла сдвига фаз
- •Прочие электроизмерительные приборы
- •Электронные измерительные приборы и устройства
- •Средства измерений и автоматизации
- •ГосТы, осТы и нормативные документы иис
Реостатные преобразователи
Реостатным преобразователем (датчиком активного сопро- тивления) называют реостат, движок которого перемещается под действием измеряемой неэлектрической величины. Следователь- но, входной величиной реостатных преобразователей является перемещение движка реостата, механически связанного с измеря- емой неэлектрической величиной, а выходной величиной — ак- тивное сопротивление. На рис. 4.35 представлено устройство реостатного преобразователя.
На каркас 6 из изоляционного материала намотана с равно- мерным шагом проволока 5. Изоляция проволоки на верхней гра- нице каркаса зачищается, и по металлу скользит щетка 4. Доба-
вочная щетка 2 скользит по токосъемному кольцу 3. Обе щетки изолированы от приводного валика 1.
1
2
3
4
5
6
Рис. 4.35. Устройство реостатного преобразователя:
1 – приводный валик: 2 – добавочная щетка; 3 – токосъемное кольцо; 4 – щетка; 5 – проволока; 6 – каркас
Реостатные преобразователи выполняются как с проводом, намотанным на каркас, так и с проводом реохордного типа. В ка- честве материала провода применяют нихром, манганин, кон- стантан и др. В ответственных случаях, когда требования к изно- соустойчивости контактных поверхностей очень велики или кон- тактные давления очень малы, применяют сплавы платины с иридием, палладием и т.д. Провод реостата должен быть покрыт либо эмалью, либо слоем оксидов для изоляции соседних витков друг от друга. Движки бывают из двух-трех проволочек (платина с иридием) с усилием 0,003...0,005 Н или пластинчатые (серебро, фосфористая бронза) с усилием 0,05...0,1 Н. Контактная поверх- ность намотанного провода полируется, ширина контактной по- верхности равна двум-трем диаметрам провода. Каркас реостат- ного преобразователя выполняется из текстолита, пластмассы или алюминия, покрытого изоляционным лаком или оксидной пленкой. Формы каркасов самые разнообразные. Реактивное со-
противление реостатных преобразователей очень мало, и им обычно можно пренебречь на частотах звукового диапазона.
При использовании реостатных преобразователей для измере- ния неэлектрических величин часто ставится задача получить линейную зависимость угла отклонения а указателя от измеряе- мой неэлектрической величины F, несмотря на то, что ряд звень- ев прибора между преобразователем и указателем, осуществля- ющих промежуточные преобразования, характеризуются нели- нейной функцией преобразования.
В подобных случаях применяются функциональные реостат- ные преобразователи с нелинейным распределением сопротивле- ния вдоль каркаса. Нелинейного распределения сопротивления вдоль каркаса достигают, например, изменяя высоту каркаса, шунтируя части линейного реостата постоянными сопротивлени- ями, применяя намотку с переменным шагом, намотку отдельных участков каркаса проводами разного диаметра или с разными удельными сопротивлениями и т.д.
Рассмотрим варианты построения приборов с реостатными преобразователями.
Для схемы (рис. 4.36, а) силу токаI можно выразитьформулой
I U ,
R0 Rp(1 l / lном )
(4.9)
где l – отклонение движка, соответствующее текущему значению измеряемой величины; lном – номинальное отклонение, при кото- ром сопротивление линейного реостата Rр=0. Если отклонение движка угловое, то вместоl и lном следует поставить φ и φном.
Как видно из приведенной зависимости, связь тока с отклоне- нием движка оказывается нелинейной, и поэтому цепь, изобра- женную на рис.4.36, а, применяют редко.
U
I
RP
U U
R φном R
R0 φ φ
U RP
0
Iном
R0 R0
a б в
U
U l U
R
R1 R2
I1 I2
г д е
Рис. 4.36. Схемы приборов с реостатными преобразователями:
а – с последовательным включением; б-д – по схеме делителя напряжения; е – с использованием логометра
В цепи на рис. 4.36, б реостатный преобразовательвключен по схеме делителя напряжения:
U
R / Rp
U/ном
1 /
.
ном
(4.10)
1 R /(Rpном /)
Наличие в знаменателе таена φном/φ приводит к нелинейной зависимости выходного напряжения Uφ от отклонения φ. Однако при очень большом значении сопротивления отсчетного устрой- ства R0 (при использовании указателя, включенного через усили- тель) этот член оказывается равным нулю и связь между выход- ным напряжением Uφ и углом φ становится линейной:
U U/ ном .
R / Rp 1
(4.11)
Цепи на рис. 4.36, в, г характеризуются нелинейностью, но поз- воляют при применении указателя с двухсторонней шкалой изме- рять отклонение измеряемой величины в обе стороны от нуля.
Нелинейность при включении преобразователяпо схеме на рис. 4.36, д достаточно мала.
Показания прибора, изображенного на рис.4.36, е, где в каче- стве указателя использован логометр, не зависят в известной сте- пени от постоянства напряжения источника питания, так как от- клонение логометра является функцией отношения токов, а сле- довательно,перемещения движка l:
α=f1(I1/I2) =I2(R1/R2)=f(l).
Зависимость токов I1 и I2 от перемещения l в этой цепи нели- нейна. Но, изменяя форму полюсных наконечников или сердеч- ника измерительного механизма логометра, можно получить нужный вид зависимости α=f1(I1/I2), а следовательно, и требуе- мый характер шкалы α=f(l)измерительного устройства.
Реостатный уровнемер. Наиболее широкое распространение получили реостатные преобразователи в приборах для измерения уровня, называемые реостатными уровнемерами, которые ис- пользуются в самолетах, автомобилях и т.д. На рис. 4.37 пред- ставлена измерительная цепь бензиномера.
100
0
200
Т
300
400
R1 R2
C
1
R3 R4
Рис. 4.37. Схема бензиномера: 1 — поплавок
Измерителем здесь является магнитоэлектрический логометр, рамки которого включены последовательно с сопротивлениями R3 и R4 реостатного преобразователя. При изменении положения движка, связанного с поплавком, токи в обеих рамках изменяют- ся, вследствие чего изменяется отношение этих токов, а следова- тельно, и отклонение стрелки указателя.
Резисторы R1 и R2 служат для регулировки прибора на задан- ный предел измерения.Шкала указателя градуируется в литрах.
Пружинный акселерометр. На рис. 4.38 представлена прин- ципиальная схема пружинного датчика ускорения с реостатным преобразователем.
Масса m подвешена на пружинах С. При наличии вертикаль- ного ускорения под действием силы инерцииF=mx движок Д, связанный с массой, перемешается по реостату R. Выходное напряжение пропорционально действующему ускорению. Предел измерения прибора определяется жесткостью пружин С и вели- чиной массы т.
C
Д
m
R
C Uвых
Рис. 4.38. Схема пружинного датчика ускорения с реостатным преобразователем
Реостатные преобразователи используют для измерения виб- роускорений и виброперемещений с ограниченным частотным диапазоном.
С изменением температуры изменяется сопротивление преоб- разователя. При включении преобразователя по потенциометри- ческой схеме в режиме холостого хода изменение температуры не меняет распределения напряжений и температурная погреш- ность отсутствует.
Реостатные преобразователи являются ступенчатыми (дис- кретными) преобразователями, за исключением преобразовате- лей реохордного типа, так как непрерывному изменению изме- ряемой неэлектрической величины соответствует ступенчатое изменение сопротивления ∆R при переходе движка с одного витка на другой.
Погрешность дискретности в этом случае составляет:
γR=±∆R/(2Rp),
где Rp – полное сопротивление преобразователя.
Если преобразователь имеет пропорциональную функцию преобразования, то «скачки» сопротивления будут одинаковы по всему диапазонуперемещения движка. В этом случае:
Rp=nDR; γR=±1/2n
где n – число витков в обмотке реостатного преобразователя, обычно n=100...200.