Основные метрологические характеристики измерительных преобразователей

В практике электрических измерений часто возникает необ­ходимость в преобразовании электрического сигнала в пропор­циональный ему электрический сигнал большего или меньшего значения. Средства измерений, предназначенные для изменения размера физической величины в заданное число раз без изме­нения рода величины, получили название масштабных преоб­разователей.

Различают пассивные и активные масштабные преобразова­тели (МП). Первые строятся на пассивных элементах: резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности. Характерным для них является то, что мощность выходного сигнала у них всегда меньше мощности входного сигнала. К этой группе относятся шунты, резистивные, емкостные и индуктивные делители тока и напря­жения. Сюда же могут быть отнесены и измерительные транс­форматоры, позволяющие наряду с изменением размера величины осуществлять гальваническое разделение цепей.

Активные МП позволяют не только изменить размер величины, но и увеличить мощность выходного сигнала. К ним относятся измерительные усилители и активные преобразователи тока. В этой книге активные МП не рассматриваются.

Конструктивно МП могут быть объединены с измерительным прибором (встроенные) или выполнены самостоятельно. В по­следнем случае их метрологические характеристики нормируются независимо от характеристик измерительного прибора, соот­ветственно и поверка таких преобразователей представляет собой вполне самостоятельную задачу.

Основной метрологической характеристикой МП является коэффициент преобразования S, равный отношению выходного сигнала Х_вых к входному Х_вх.

Отличие действительного коэффициента преобразования S от номинального Sном характеризует погрешность преобразо­вателя. Относительная погрешность преобразователя (в процен­тах) выражается формулой

б =(S – Sном)*100/Sном

Часто для характеристики пассивного МП используют вели­чину, обратную коэффициенту преобразования, - коэффициент деления.

а)

Рисунок 1 - Структурные схемы определения основной погрешности масштабных преобразователей

Основные способы поверки МП представлены на рисунке 1.

Наиболее универсальный из них - способ измерения входного и выходного сигналов (рисунок 1,а). Основная погрешность при этом рассчитывается по формулам, приведенным выше. Недо­статок способа заключается в том, что он не всегда позволяет определить фазовую погрешность МП переменного тока. Кроме того, существенная разница в значениях Х_ВХ и Х_ВЫХ не позволяет

использовать для измерения один прибор.

У некоторых МП возможно прямое измерение коэффициента преобразования или функционально связанной с ним величины (например, сопротивление шунта). В этом случае для поверки достаточно иметь один прибор (рисунок 1,б).

Применение образцовых МП и устройств, позволяющих срав­нивать выходные сигналы преобразователей, позволяет непосред­ственно измерять значение погрешности преобразователя. В этом случае (рисунок 1, в) входной сигнал Хвх подается одновременно на вход поверяемого МП_П и образцового МП_о преобразователей, имеющих одинаковые номинальные коэффициенты преобразова­ния. Устройство сравнения сравнивает выходные сигналы пре­образователей и выделяет разностный сигнал, пропорциональный погрешности поверяемого МП. Этот сигнал измеряется прибором, градуированным в значениях погрешности. Данный способ, хотя и требует более сложного оборудования, позволяет значи­тельно повысить производительность поверочных работ.

Конкретные реализации этих принципов и образцовые сред­ства рассмотрены ниже.