- •Физические основы получения информации
- •Ип на эффектах взаимодействия металлов с
- •6.1 Вводные замечания 100
- •9 Гидравлические поля
- •Вводные замечания 50
- •Ип на эффектах взаимодействия гидравлических
- •1 Физические величины и уравнение измерения
- •2 Общие свойства измерительных преобразователей
- •2.1 Обобщенная функциональная схема ип
- •2.3 Аддитивные и мультипликативные погрешности ип
- •2.4 Трансформация погрешности последовательностью ип
- •2.5 Дополнительная погрешность ип
- •2.6 Динамическая погрешность ип
- •2.7 Взаимодействие ип с объектом измерений
- •2.7.1 Типы ип и их особенности
- •2.7.2 Энергетическое согласование ип
- •3 Электронные измерительные преобразователи
- •3.1 Общие замечания
- •3.2 Ип на базе операционных усилителей
- •3.2.1 Операционный усилитель как элемент ип
- •Если выразить токи через напряжения и сопротивления, то получим:
- •3.2.2 Парирование аддитивной составляющей погрешности усилителя
- •4 Вещество и физические поля
- •4.1 Вводные замечания
- •4.2 Вещество
- •4.3 Описание физических полей
- •4.4 Электростатическое поле
- •4.5 Поле движущихся электрических зарядов
- •4.5.1 Поле зарядов, движущихся линейно с постоянной скоростью
- •4.5.2 Поле зарядов, движущихся с ускорением
- •5 Ип на эффектах взаимодействия металлов с
- •6 Полупроводники в электрическом поле
- •6.1 Вводные замечания
- •7 Диэлектрики в низкочастотном электрическом
- •8 Эффекты взаимодействия магнитных полей
- •9.5.1 Вводные замечания
- •12 Заключение
3 Электронные измерительные преобразователи
3.1 Общие замечания
Большинство физических эффектов, используемых для измерительных преобразований, имеет весьма низкое соотношение между полной величиной выходного параметра и изменяемой его частью, несущей информацию о преобразуемой физической величине.
Это мы уже наблюдали при обсуждении задачи измерения температуры: сопротивление термометра в начале диапазона преобразования (при 273,16 К) равно 100 Ом, а при 373,16 К увеличивается до 140 Ом. Информативная часть выходного параметра преобразователя составляет 40 Ом на фоне исходного значения в 100 Ом. Следовательно, при относительной приведенной погрешности преобразования, например, в 0,1% абсолютная погрешность преобразования составит 0,14 Ом или 0,35 К (напоминаем, что изменение температуры на 1 К ведет к приращению сопротивления ИП на 0,4 Ом). Такая погрешность преобразования температуры, как правило, слишком велика для технических измерений, не говоря о лабораторных экспериментах. В промышленности чаще всего погрешность не должна превышать 0,1 К, в научных исследованиях – 0,005…0,01 К; в метрологических исследованиях – 0,001 К.
Возникшая трудность объясняется тем, что энергия, передающая информацию об измеряемой величине, составляет только незначительную часть от общей энергии преобразования.
Кажется, подобные трудности не возникают при применении механических преобразователей – мембран, стержней (используются при преобразовании сил) и т.д. Но надежды не оправдываются и здесь: для исключения неупругой деформации (безвозвратного изменения формы преобразователя), мембрану или стержень приходится делать в сотни раз толще, чем это следует из соображений прочности. В результате перемещения под действием входной величины составляют микроны или сотые доли миллиметра и проблема выделения малого измерительного сигнала сохраняется.
Малая мощность носителя измерительного сигнала вынуждает применять те или иные виды его усиления. С этой точки зрения наиболее гибкими и универсальными являются устройства, основанные на преобразовании электрических сигналов.
Электронные ИП находят широкое применение в измерительной технике. Во–первых, в измерительных средствах для электро – радиоизмерений; во–вторых, в информационно – измерительных системах (ИИС) для выполнения различных процедур (усиления, нормирования, функционального преобразования, фильтрации и т.д.) после преобразования физической величины первичным ИП в тот или иной параметр электрического сигнала.
По характеру преобразования ИП делятся на аналоговые, цифроаналоговые (ЦАП), аналого-цифровые (АЦП) преобразователи [1]. Указанные преобразователи сигналов подробно изучаются в специальных курсах; мы рассмотрим лишь устройства, приближенные к измеряемой физической величине, т.е. электронные преобразователи, входящие в состав или связанные непосредственно с датчиками. На примере электронных преобразователей можно будет уяснить смысл общих понятий, введенных в главе 2 (функция преобразования, аддитивная и мультипликативная погрешности и т.д.).