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 273,16К) равно 100 Ом, а при 373,16К 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, цифро–аналоговые (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.).