Przyrządy i przetworniki pomiarowe

Transkrypt

1 Przyrządy i przetworniki pomiarowe Są to narzędzia pomiarowe: Przyrządy -służące do wykonywania pomiaru i służące do zamiany wielkości mierzonej na sygnał pomiarowy Znajomość zasady działania przyrządów pomiarowych jak też cech badanego obiektu umożliwia zminimalizowanie lub przewidzenie i właściwe obliczenie niedokładności pomiaru

2 Schematy przyrządów pomiarowych Schemat funkcjonalny przedstawia realizacje algorytmu Schemat strukturalny - przedstawia strukturę (budowę) przyrządu pierwotny dopasowujący Układ porównania (komparator) Wskaźnik standaryzujący Schemat funkcjonalny Układ odniesienia Prostownik Wzmacniacz Ustrój pomiarowy Schemat strukturalny Zasilacz 2

3 Podział przetworników i przyrządów Ze względu na spełnianie funkcje rozróżnia się: Miernik przyrząd pomiarowy wywzorcowany w jednostkach miary wielkości mierzonej (woltomierz, amperomierz czy też częstościomierz lub fazomierz) Rejestrator - przyrząd pomiarowy umożliwiający zapis wartości mierzonej w funkcji innej wielkości np. czasu Charakterograf - przyrząd umożliwiający obserwacje, pomiar lub rejestrację charakterystyk elementów lub układów elektronicznych Detektor zera badają istnienie lub zanik zjawiska zmiany skali (wzmacniacze, tłumiki) i zmiany charakteru (AC/DC, DC/AC, A/C, C/A, prąd/napięcie) 3

4 i analogowe - struktury Struktury: prosta lub złożona otwarta lub zamknięta pierwotny pośredni końcowy Y Struktura złożona otwarta (góra) i złożona zamknięta (dół) + pośredni /V V Układ Wykonawczy - w Wzorzec nastawny Y 4

5 i analogowe - struktury c.d. złożony: przetwornik pierwotny (czujnik) pobiera informacje pomiarową i przetwarza do innej postaci nadającej się do dalszego przetwarzania (parametryczne i generacyjne) przetwornik(i) pośredni przetwarza informacje wejściową na sygnał pomiarowy o odpowiednim charakterze przetwornik końcowy to przetwornik standaryzujący lub dopasowujący 5

6 i analogowe parametry Charakterystyka (statyczna) przetwarzania Y=f() (liniowa lub nieliniowa) czułość S=dY/d stała przyrządu C=1/S Zakres: wskazań (miernika), przetwarzania (przetwornika) ( max - min ) lub pomiarowy warunki znamionowe błąd podstawowy (błąd w warunkach znamionowych), klasa dokładności (dopuszczalna wartość błędu podstawowego) i błędy graniczne dodatkowe (np. temperaturowe) parametry dynamiczne: charakterystyka czasowa, błąd dynamiczny, charakterystyka częstotliwościowa, pasmo przenoszenia!! Klasa przyrządów charakteryzuje jego własności metrologiczne, nie jest jednak bezpośrednim wskaźnikiem dokładności pomiaru δ x = kl Zakr 6

7 Analogowe przetworniki pomiarowe wielkości elektrycznych Prąd/Napięcie (I/U) np. bocznik Napięcie/Prąd (U/I) np. posobnik (opornik dodatkowy) Dzielnik napięcia (rezystancyjny, pojemnościowy, indukcyjny) Tłumik Wzmacniacz pomiarowy Wzmacniacz izolujący Przekładniki: prądowe i napięciowe standaryzujący i całkujące i różniczkujące AC/DC - prostownikowy (wartości średniej, wartości szczytowej, wartości skutecznej) mnożący: hallotron, gaussotron, półprzewodnikowe scalone układy mnożące przetworniki mocy 7

8 Mierniki analogowe δ x = α C = = kl 100 kl Zakr zakr Zakr = α α δ x = zakr zakr = = α α f ( ) f ( ) = = const a zakr max Mierniki, których wskazania są funkcją ciągłą wartości wielkości mierzonej. Ze względu na strukturę: o działaniu bezpośrednim o działaniu pośrednim (elektroniczne) Ze względu na rodzaj ustroju magnetoelektryczne (z przetwornikami) elektromagnetyczne elektrodynamiczne i ferrodynamiczne Urządzenie odczytowe: podzielnia (skala) z podziałką (równomierną lub nierównomierną) wskazówka i lustro Odczyt: działka elementarna, długość podziałki, błąd paralaksy 8

9 Mierniki analogowe amperomierz zerowa rezystancja i włącza się szeregowo (przerywając obwód) woltomierz nieskończona rezystancja i włącza się równolegle omomierz szeregowy (rezystancje średnie i duże) i równoległy (rezystancje małe) watomierz posiada zaciski prądowe i napięciowe galwanometr mierniki o bardzo dużej czułości multimetr miernik wielofunkcyjny E + - I + A - R V + R Ω R w - 9

10 Mierniki analogowe przykład budowy S N Budowa miernika magnetoelektrycznego: magnes stały ruchoma cewka (ramka) umocowana na sprężynach wskazówka połączona z ramką Prąd płynący przez cewkę w polu magnetycznym powoduje jej obrót Ogólnie równanie przetwarzania: α=si (S - czułość przetwornika; i -prąd) Sam ustrój stanowi zatem mikroamperomierz prądu stałego. 10

11 Mierniki analogowe przykład wykorzystania Sam ustrój stanowi mikroamperomierz prądu stałego, natomiast: dołączając bocznik (R b ) zmieniamy zakres po dołączeniu posobnika (R d ) tworzymy woltomierz dodając przetwornik prostownikowy tworzymy woltomierz napięć zmiennych i r ma I r ma R d I R b U I-i 11