Определение линейных и угловых перемещений параметрическими измерительными преобразователями
Определение линейных и угловых перемещений параметрическими измерительными преобразователями
Дата добавления: март 2006г.
Министерство образования
Российской Федерации
БАРНАУЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По курсу “физические основы измерений”.
Тема: “Определение линейных и угловых
перемещений параметрическими
измерительными преобразователями”.
Отделение: вечернее
Специальность: 3404
Группа: 1С99
Выполнил: Дурманов Д. В.
Принял: Черненко П. В.
Барнаул 2001 г.
Содержание
Стр.
I. Введение …………………………………………………………………………. 2
II. Общая часть ……………………………………………………………………. 8
III. Устройство и принцип работы измерительных преобразователей Физические основы его работы ………………………. 11
1. Реостатные преобразователи ……………………………………………………. 11
2. Индуктивные преобразователи …………………………………………………. 13
3. Емкостные преобразователи ……………………………………………………. 17
IV. Применение измерительного преобразователя в системах
автоматического контроля или регулирования……………………………19
Системы автоматического контроля ………………………………………………19
V. Конкретная структурная схема САР ……………………………………...22
Характеристики САР………………………………………………………………...22
VI. Описание работы выбранной САР………………………………………23
VII. Характеристики выбранной САР………………………………………. 24
VIII. Выводы………………………………………………………………………25
Литература…………………………………………………………………………26
I. Введение
Комплексная автоматизация производства и измерений связана с получением данных о значении различных физических величин, характеризующих состояние объекта управления (исследования), —механических, тепловых, химических, оптических и других величин, которые принято называть неэлектрическими.
Существует ряд способов измерения неэлектрических величин, различающихся по виду энергии сигнала измерительной информации.
Однако мы опишем только электрический способ измерения, так как это наиболее широко распространенный способ измерения. Он имеет ряд достоинств, которые способствовали ему широкое распространение, а именно точность, удобство в эксплуатации измерительных приборов, легкость в исполнении (проектировании, производстве) измерительных приборов, хорошо изученный математический материал, компактность измерительных приборов, возможность сопряжения с вычислительной машиной.
Рис. 1. 1 Структура устройства для измерения не электрических величин.
Упрощенная структурная схема приведена на рис 1. 1, где 1. ПП— первичный измерительный преобразователь 2. ИЦ — измерительная цепь
3. ОУ — отчетное устройство, в качестве которого используют электроизмерительный показывающий прибор. В отдельных случаях результат измерения представляется в цифровой форме (кодируется).
Размещенный непосредственно на объекте ПП преобразует неэлектрическую величину Х в электрическую величину У. Кроме термина "первичный преобразователь" для обозначения элемента, преобразующего неэлектрическую величину в электрическую, применяют термин "датчик неэлектрической величины” или просто "датчик". К первичным преобразователям (ПП) предъявляют требования воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования У=F(Х), стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратного действия преобразователя на исследуемый объект, точности быстродействия и др.
Первичные измерительные преобразователи очень разнообразны по принципу действия, устройству, виду энергии входного сигнала, метрологическим и эксплуатационным характеристикам.
Целесообразно классифицировать их по физической природе явлений, лежащих в основе их работы, с учетом вида преобразуемой энергии. По указанным признакам первичные преобразователи можно подразделить на:
1. механические резистивные (контактные, реостатные, тензометрические) 2. электростатические (емкостные, пьезоэлектрические)
3. электромагнитные (индуктивные, индукционные, магнитоупругие) 4. теплоэлектрические (термоэлектрические, терморезистивные) 5. электрохимические (резистивные элктролитичекие, кулонометрические, химотронные)
6. оптико-электрические
7. гальванокинетические
8. Атомные (ионизационного излучения, квантовые)
Только одно перечисление групп первичных преобразователей неэлектрических величин свидетельствует о том, сколь широк круг вопросов, относящихся к измерению неэлектрических величин, и как важно унифицировать методы и средства их измерений.
На вход первичного преобразователя кроме входной величины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Задача подавления чувствительности первичного преобразователя к влияющим величинам относится к важным задачам, решаемым конструктивными и схемными методами.
Рис. 1. 2. Чувствительные элементы дифференциальных датчиков: а — резистивпого; б — индуктивного
Если изменение неэлектрической величины приводит к изменению пассивного параметра ПП—сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности, то ПП называются параметрическими, а если к генерированию активной величины (ЭДС тока), то генераторными.
Особенно широко применяются дифференциальные ПП. Чувствительные элементы (ЧЭ) таких первичных преобразователей показаны на рис1. 2.
При воздействии измеряемой величины Хна ЧЭ дифференциального ПП на выходе его формируются два сигнала, направленных навстречу друг другу. Разность этих сигналов поступает в измерительный канал, состоящий из преобразователей и измерительного прибора. Например, ЧЭ индуктивного дифференциального первичного преобразователя (рис. 1. 2, б) состоит из двух одинаковых неподвижных сердечников с обмотками и одного общего якоря, при перемещении которого на расстояниеХ изменяются индуктивности L1 и L2обмоток. В зависимости от направления перемещения одна из индуктивностей увеличивается, а другая уменьшается.
Аналогично устроены резистивные, емкостные и другие дифференциальные первичные преобразователи. Аддитивная составляющая погрешности преобразования дифференциальных первичных преобразователей существенно меньше, чем у недифференциальных, так как погрешности, вызванные влияющими величинами, взаимно компенсируются, а реакция на изменение неэлектрической величины гораздо сильнее.
Выходной сигнал первичного преобразователя У поступает в канал преобразования измерительной информации, структурные схемы которого зависит от типа первичного преобразователя , его выходной мощности, а также от требований к точности и быстродействию измерительного устройства.
Рис1. 3. Измерительные цепи приборов для измерения неэлектрических величин с параметрическими датчиками
Измерительные цепи И Ц(см. рис: 1. 2) могут строиться по структурным схемам прямого и уравновешивающего преобразователя.
Измерительные цепи (ИЦ) прямого преобразования, в свою очередь, делятся на работающие с генераторными и параметрическими первичными преобразователями. Основным принципом построения ИЦ прямого преобразования с генераторными ПП является принцип согласования выходных и входных сопротивлений последовательно включенных преобразователей, обеспечивающий минимальные потери измерительной информации в канале преобразования.
С параметрическими ПП используются три вида измерительных цепей прямого преобразования (рис1. 3): цепи последовательного включения (а), цепи в виде делителей (б) и цепи в виде небалансных (неравновесных) мостов (е). Измерительные цепи последовательного включения и в виде делителей отличаются общим недостатком— наличием выходного сигнала (Y=1) при отсутствии входного (Х=0). В неравновесных мостах этот недостаток устранен. Кроме того, ИЦ на основе небалансных мостов имеют больше возможностей, так как параметрические первичные преобразователи могут быть включены в одно, два или все четыре плеча моста, что соответствует увеличению выходной мощности ИЦ, т. е. повышению ее чувствительности.
Чувствительность S всего измерительного устройства прямого преобразователя, состоящего из последовательного ряда измерительных преобразователей, определяется по формуле
S=S1S2S3…Sn (1. 1)
где S1, S2, Sз.... Sn — чувствительности преобразователей, образующих канал передачи информации. Каждый преобразователь имеет свою погрешность, и, очевидно, максимальная погрешность всего измерительного устройства, построенного по методу прямого преобразования, окажется равной сумме погрешностей отдельных преобразователей. Поэтому, несмотря на простоту и быстродействие приборов, построенных по методу прямого преобразования, для точных измерений неэлектрических величин применяют метод уравновешивания.
В этом случае чувствительность измерительного устройства (ИУ) определяется формулой
S=k/(1+Kв) (1. 2)
где К—коэффициент передачи цепи прямого преобразования; в— коэффициент передачи цепи обратного преобразования. При выполнении условия Кв>>1погрешность ИУ будет определяться только погрешностью цепи обратного преобразования.
Значения выходных величин большинства первичных преобразователей —термопар, терморезисторов, ионизационных преобразователей, газоанализаторов и других незначительны и находятся обычно в диапазоне 10-6 — 10-2 В и 10-10 —10-5А. без предварительного усиления столь малые напряжения и токи невозможно ни измерить показывающими электроизмерительными приборами, ни передать по линиям связи без существенных погрешностей. Поэтому одной из задач современной измерительной техники является усиление с высокой точностью и функциональное преобразование малых напряжений и токов.
