Х Е Датчик Электрический сигнал Е =Ф(Х) Цепь преобразований физической величины Объект Обработка, измерение и регистрация электрического сигнала Измеряема физическая величина Х Процесс измерения практически всегда включает обработку, измерение, отображение и регистрацию электрических сигналов. измерение электрических величин является одной из основных составляющих любых методов измерений Измерение электрических величин – ток, напряжение, сопротивление, частота и другие. Измерение неэлектрических величин – измерение сигналов датчиков физических величин Измерительные приборы Измерительные преобразователи
t ип – время измерений (постоянная времени прибора) Т 0 – постоянная времени изменения сигнала t ип t Х уст Т 0 Постоянный (медленно меняющийся) сигнал прямоугольный треугольный трапециидальный Однократные импульсные сигналы -импульс Синусоидальный Т = 1/f = 1/(2 ) 2 A Линейный Непрерывный (непериодический) Непрерывные сигналы Импульсно-периодические сигналы. Пилообразный униполярный Биполярный симметричный Биполярный несимметричный Т и t и Импульсно-периодический нерегулярный по амплитуде и частоте Шумовой Случайные сигналы
Измерение тока Измерение напряжения Измерение сопротивления Источник тока и источник напряжения Эквивалентная схема измерительного прибора Эквивалентная схема источника сигнала Емкость и индуктивность в электрических цепях Дополнительное сопротивление протеканию переменного электрического тока ( реактивное сопротивление ), зависящее от частоты тока (напряжения) Искажение характеристик переменных сигналов (формы, амплитуды и фазы) Дифференцирующие и интегрирующие цепочки Частотные фильтры – нижних частот, верхних частот, полосовые Полное сопротивление электрической цепи – импеданс Комплексное сопротивление Z= i Z реактивное + Z активное
ИП 1 S 1 , Z 1 ИП 2 S 2 , Z 2 ИП n S n , Z n X Y . Схема линейной измерительной цепи ИП 3 S 3 , Z 3 Входной сигнал Выходной сигнал коэффициент преобразования по напряжению S U = U / Y коэффициент передачи по току S I = I / Y В средствах измерений, построенных по схеме прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей, которые вносят все отдельные звенья измерительной цепи. . S 1 S 2 Sn S oc = k - X Y kY X - kY Компенсационное преобразование Результирующая погрешность в компенсационной измерительной цепи определяется единственным параметром - нестабильностью коэффициента обратной связи Y / Y = k / k.
Rx Re E R 3 R 1 R 5 R 4 А R 2 А В С D Уравновешенный мост Условие равновесия Неуравновешенный мост M = F ( R 1, R 2, R 3, R 4, R 5), N = W ( R 1, R 2, R 3, R 4, R 5) Высокоомные и низкоомные мосты Чувствительность мостовой схемы По току Si = I / R 1 = U R 2/ M = I R 2/ N По напряжению Su = U R 1 R 5/ M = I R 4 Re / N Измерение сопротивлений, емкостей и индуктивностей Измерение физических величин, преобразованных в изменение сопротивления, емкости или индуктивности Мосты переменного тока - измерение комплексных и реактивных сопротивлений Мостовые схемы
R x R П 3 R 3 R 4 R 2 R П 4 R П 1 R П 2 R x R П 3 R 3 R 4 R 2 R П 1 R П 2 А ) Б ) Четырехпроводная и трехпроводная схемы подключения Устранение влияния сопротивления подводящих проводов и сопротивления контактов при измерении сопротивлений R<100 Ом Двойной измерительный мост – мост Томпсона – измерение очень малых сопротивлений, вплоть до R =10 -8 Ом
Схема дифференциального преобразования Величина сигнала датчика определяется смещением его чувствительного элемента от положения равновесия. Измерение малого полезного сигнала на фоне большого постоянного или переменного напряжения Минимизации влияния нестабильности питающего напряжения Снижение уровня шумов и помех Для параметрических датчиков
Потенциометрические схемы – комбинация и дифференциального и нулевого методов сравнения Потенциометрическая схема не потребляет тока источника - идеальная нагрузка для источников напряжения
Автоматические самопишущие мосты Автоматические самопишущие потенциометры Измерение и регистрация физических величин - температуры, давления, расхода и других Многоканальные системы - одновременная регистрация сигналов с нескольких 1-12 датчиков
По выполняемым функциям показывающие приборы, регистрирующие приборы измерительные преобразователи По виду измеряемой электрической величины По виду обработки и отображения информации Аналоговые - электромеханические, электронные Цифровые Микропроцессорные Измерительные преобразователи Преобразование – приведение информационного сигнала к другому виду Согласование – согласование импеданса входной и выходной цепей Нормировани е – приведение выходного сигнала к стандартизованному виду Усиление – увеличение мощности входного сигнала Масштабирование –. согласование с параметрами шкалы измерительного прибора Линеаризаци я – обеспечение линейной зависимости между входом и выходом Фильтрация – отделение информационного сигнала от шумов и помех По исполнению - переносные, настольные, щитовые и стоечные По точности, по конструктивному и климатическому исполнению, по условиям эксплуатации
Меры ЭДС. Меры ЭДС или нормальные элементы - обратимые гальванические элемент ы с высокостабильным значением ЭДС, применяемые для измерительных целей. Меры электрических сопротивлений Образцовые и рабочие меры выполняются в виде образцовых катушек сопротивления. Номинальное сопротивление R= 10 10 – 10 -5 Ом R = 10 n, где n - целое число. Классы точности от 0,0005 до 0,2.
Элементы электроизмерительных приборов Шунты Добавочные сопротивления Делители напряжения
А I А I x I 2 W 1 W 2 W 2 W 1 Ф _ Ф _ Ф Ф Ф I Измерительные трансформаторы переменного тока и напряжения Измерительные трансформаторы постоянного тока
Приборы магнитоэлектрической системы высокая чувствительность - от 10 нА, от 1 мкВ высокой точностью - класс точности от 0,1 малое энергопотребление; малая чувствительность к внешним полям Амперметры, Вольтметры, Гальванометры Магнитоэлектрические логометры Выпрямительные приборы Термоэлектрические приборы Приборы электродинамической и ферродинамической систем Хорошей точностью – класс точности от 0,1 Возможность разнообразных схем включения Нелинейность шкалы и низкая чувствительностью Большое энергопотреблением, чувствительность к перегрузкам Приборы электромагнитной системы Возможность работы на постоянном и переменном токе Диапазон измерений до 200 А, до 600В Устойчивость к перегрузкам Простота конструкции и низкая стоимость Возможность работы до частоты 1500Гц Приборы электростатической системы Измерение высоких постоянных и переменных напряжений – до 300 кВ
Самописцы прямого действия Самописцы с входными усилителями и блоками преобразования, Электронные самопишущие потенциометры и мосты. Возможность без промежуточных преобразований и носителей информации получить документ ( hard copy ), который отражает все изменения контролируемого технологического параметра.
Основные виды: Измерительные преобразователи с унифицированным выходным сигналом (нормирующие и масштабирующие) Измерительные преобразователи уравновешивающего преобразования Приборы для измерения унифицированных сигналов Основные виды : - нормирующие преобразователи, измерительные преобразователи и регистрирующие приборы, источники питания электронных схем преобразователей и другие. Предназначены для измерение сигналов с датчиков электрических и неэлектрических величин при работе в составе комплексов контроля и регулирования Шкала часто нормируется в единицах измеряемой физической величины Унифицированный электрический или пневматический сигнал, цифровой интерфейс Настольное, щитовое и стоечное исполнения Внутри каждой серии приборы различаются: областью применения значениями входных и выходных сигналов типом датчика, на который они рассчитаны, конструктивным и климатическим исполнением и другими характеристик.
КП – показывающие с плоской шкалой КВ - показывающие с вращающейся шкалой КС - с записью на ленточной диаграмме Приборы для измерения унифицированных сигналов - КСУ, КВУ, КПУ Самопишущие электронные уравновешенные мосты -КПП, КСП, КВП, ЭПП, Самопишущие электронные потенциометры КПМ, КСМ, КВМ, МФС, МФП Приборы с логометрической измерительной схемой КСЛ, КВЛ, КПЛ Обозначение: КСП Х – YYY …. Х = 1,2,3,4 –размер шкалы и ширину поля записи (1 – миниатюрные -100 мм, 2 – малогабаритные -160 мм, 4 – нормальногабаритные -250 мм Самописцы прямого действия Самописцы с входными усилителями и блоками преобразования, Электронные самопишущие потенциометры и мосты.
Тепловой метод -измерении роста температуры в прецизионном резисторе, вызванного входным сигналом, Аналоговый метод – преобразование в сигнал постоянного тока, пропорциональный значению RMS переменного тока. Метод подвыборки - многократные измерения через заданный промежуток времени в течение множества периодов входного сигнала Метод прямой дискретизации - фиксированная частота дискретизации, анализ сигнала и вычисление RMS по нескольким периодам входного сигнала. Осциллограммы тока в цепи при различном характере нагрузки Объективной характеристикой напряжения, тока и мощности переменного тока является их среднеквадратичные значения - RMS
Учет энергии по многим тарифам (сменные, суточные, сезонные и др.) количество графиков тарификации до 64 количество потребленной и отпущенной активной и реактивной электроэнергии графики активных и реактивных мощностей полной, активной и реактивной мощности по каждой из фаз и суммарно; среднеквадратических значений фазных напряжений и токов по каждой фазе углов сдвига фазы между основными гармониками фазных напряжений и токов; частоты сети Приборы измерения мощности и учета электроэнергии Аналоговые (индукционные) Электронные (цифровые) Комбинированные – индукционный счетчик, снабженный фотоэлектронным устройствам счета числа оборотов Обмен информацией с внешними устройствами обработки данных через оптический порт и один из интерфейсов (токовая петля 20 мА, модули интерфейса САN, МBUS, USB, GSM–модем, радио–модем) Модули передачи данных по сети переменного тока 0,4 кВ,
Достоинства: прямое преобразование сигнала, работа в реальном времени, наглядность представления информации Область применения : наладка и настройка оборудования, отладка методик измерения Виды электронных приборов Электронные вольтметры: - высокое входное сопротивление и малая входная емкость. Измерение параметров высокочастотных сигналов и работа с высокоомными датчиками. Электронные измерители параметров электронных компонент -параметры резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, а также полупроводниковых диодов, транзисторов, операционных усилителей и других элементов электрических и электронных цепей. Электронные частотомеры : - измерение частоты и периода, длительности импульсных сигналов, интервалов времени. Усилители, в том числе узкополосные и селективные - усиление слабых сигналов в диапазоне от постоянных сигналов до частот больших 10 10 Гц. Электронные генераторы сигналов – синусоидальных, прямоугольных, специальной формы
Типы осциллографов: По количеству электронных лучей: Однолучевые и многолучевые По количеству измерительных каналов Одноканальные и многоканальные Запоминающие осциллографы – специальная конструкция ЭЛТ и тип люминофора, позволяющие запоминать на экране временной ход однократного процесса Стробоскопические – специальный режим работы, позволяющий исследовать харктеристики высокочастотных и сверхвысокочастотных (до 2-5 ГГц) сигналов Цифровые – цифровая обработка сигналов с возможностью их представления и передачи в цифровом виде Э лектронные осциллографы – приборы для наблюдение и анализ формы и амплитудно-частотных характеристик произвольных сигналов в диапазоне длительности 1-10 -9 с.
Блок управления лучом – яркость, фокусировка, астигматизм и др. Блок или блоки вертикальной развертки – входные усилители Блок горизонтальной развертки – автоматическая, ждущая, однократная Блок синхронизации – от сети, внешняя, внутренняя, ручная Блок калибратора
