Раздел 7. Электрические измерения неэлектрических величин

При контроле технологических процессов приходится производить измерения различных, в т. ч. неэлектрических величин. Среди множества физических величин бόльшая часть относится к неэлектрическим (температура, влажность, скорость, ускорение, перемещение и т. д.). При измерениях таких величин часто возникают задачи дистанционного измерения, передачи, регистрации и обработки измерительной информации. Наилучшим образом эти задачи решаются путем преобразования измеряемой неэлектрической величины Х_нэ в электрический сигнал Х_э, связанный с измеряемой величиной однозначной функциональной зависимостью Х_э = f(Х_нэ). Полученный электрический сигнал измеряется средствами электрических измерений или может быть передан по линии связи на значительное расстояние.

Преобразование неэлектрической величины в электрическую осуществляется с помощью измерительных преобразователей (ИП). Структурная схема любого средства измерения неэлектрических величин электрическими методами содержит такой измерительный преобразователь (рис. 7.1, а). Измеряемая неэлектрическая величина Х_нэ подается на вход измерительного преобразователя. Выходная электрическая величина Х_э преобразователя измеряется электрическим измерительным устройством (ЭИУ). В зависимости от рода выходной электрической величины и требований, предъявляемых к прибору, электрическое измерительное устройство может быть различной степени сложности. В одном случае – это магнитоэлектрический милливольтметр, а в другом – автоматический потенциометр или цифровой измерительный прибор. Обычно шкала отсчетного устройства ЭИУ градуируется в единицах измеряемой неэлектрической величины.

На рассматриваемой структурной схеме не указаны вспомогательные узлы (например, блоки питания).

На рис. 7.1, б в качестве примера показан электрический прибор, предназначенный для измерения температуры.

В этом приборе: ТП – термопара, ЭДС которой является функцией измеряемой температуры; mV – милливольтметр для измерения ЭДС термопары. В данном случае термопара – измерительный преобразователь, а милливольтметр – электрическое измерительное устройство.

Измерительные преобразователи классифицируют по роду измеряемой величины (температуры, давления, влажности и др.) и по выходной величине (генераторные, параметрические).

Выходным сигналом генераторных датчиков является ЭДС, напряжение, ток или электрический заряд, функционально связанные с измеряемой величиной. В параметрических преобразователях выходной величиной является изменение параметра электрической цепи (R, L, C).

Важнейшими метрологическими характеристиками измерительных преобразователей являются: номинальная статическая характеристика преобразования, чувствительность, основная и дополнительные погрешности, динамические характеристики и др.

Промышленностью выпускаются как отдельные измерительные преобразователи неэлектрических величин, так и приборы для измерения неэлектрических величин, неотъемлемой частью которых является соответствующий датчик.

Поскольку средства электрических измерений, применяемые при измерениях неэлектрических величин, имеют, как правило, несравненно лучшие метрологические характеристики по сравнению с датчиками неэлектрических величин, то основной вклад в погрешность результата измерения вносится составляющей, обусловленной погрешностью датчика. Это необходимо иметь в виду при выборе датчиков неэлектрических величин для решения конкретной измерительной задачи.

Рассмотрим принципы действия и устройство некоторых преобразователей неэлектрических величин.