ВВЕДЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Волгоградский государственный технический университет

 

 

Б. В. Лесной, Е. В. Стегачев, И. Е. Грязнов

 

Технические измерения и приборы

 

Часть 1

 

Учебное пособие

 

 

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки дипломированных
специалистов: «Автоматизированные технологии и производства» – специальность «Автоматизация технологических процессов и
производств (машиностроение)»

 

 

РПК

«Политехник»

 

Волгоград

2006

УДК 621.317.39 (075.8)

 

Рецензенты:

Волгоградский филиал Московского государственного университета сервиса, доцент, канд. техн. наук А. П. Евдокимов;

доцент Волжского филиала Московского энергетического института, канд. техн. наук П. В. Шамигулов

 

Лесной, Б. В. Технические измерения и приборы. В 3-х ч. – Ч. 1: учеб , пособие/Б. В. Лесной, Е. В.Стегачев, И. Е. Грязнов; ВолгГТУ. –
Волгоград, 2006. – 80 с.

 

ISBN 5-230-04895-6

 

Содержится систематизированный материал по метрологическим характеристикам, принципам построения и работы, методам анализа и расчета измерительных преобразователей, использующих различные физические принципы преобразования неэлектрических и электрических величин. Рассматриваются вопросы согласования входных и выходных сопротивлений генераторных и параметрических преобразователей для оптимизации передачи информации по цепям преобразования, методы расчета сложных (ветвящихся) измерительных схем заменой участков на эквивалентные схемы, или с введением в схемы эквивалентного генератора, что упрощает анализ и расчет функций преобразования, чувствительностей и погрешностей
сложных цепей

Рассчитано на студентов, обучающихся по специальности
«Автоматизация и управление технологическими процессами и
производствами», по очной, очной сокращенной, очно-заочной, заочной и заочной сокращенной формам подготовки.

Ил. 48. Табл. 1. Библиогр.: 5 назв.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Волгоградского государственного технического университета

                                            

 

ISBN 5-230-04895-6

© Волгоградский государственный технический университет, 2006 © Б. В. Лесной, Е. В. Стегачев, И. Е. Грязнов, 2006

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ.. 4

2. КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ.. 7

3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ. 8

4. МЕТОДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ.. 14

5. ВИДЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 19

6. ПОСТРОЕНИЕ И РАСЧЕТ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ... 23

7. СОГЛАСОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ. 25

7.1. СОГЛАСОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ГЕНЕРАТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 26

7.2. СОГЛАСОВАНИЕ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 28

8. ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ (РЕОСТАТНЫЕ) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 32

9. ИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 37

10. СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ
(СКВТ) 43

11. ЭЛЕКТРО-СТАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 47

11.1 ЕМКОСТНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 47

11.2 СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЕМКОСТНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 50

11.3 ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 53

11.4. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 59

11.5. ПОГРЕШНОСТИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 62

12. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 63

12.1. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 64

12.2. ПОГРЕШНОСТИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 66

13. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ... 67

13.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.. 67

13.2. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 70

14. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.. 74

Литература.. 79

ВВЕДЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ВИДЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Измерительная техника из исследовательских лабораторий давно уже проникла во многие области деятельности человека, прежде всего в промышленность. Она широко используется при разработке, создании и эксплуатации многих технических объектов и систем. Нередко встречаются факты неправильной эксплуатации средств измерений в промышленных условиях, часто приводящих к авариям, случайного выбора таких средств и, как следствие этого, неоправданных затрат. Все это показывает, как велика потребность в систематизированном освещении основополагающих принципов измерительной техники.

В данном пособии освещаются актуальные вопросы современной измерительной техники, ее методов и средств, принципов построения систем отбора и обработки измерительной информации применительно, в основном, к автоматизированным измерительным системам, использующихся в машиностроении.

Метрология, это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и достижения требуемой точности. 

Измерение, это определение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Физическая величина, это свойство общее в качественной отношении многим физическим объектам, системам и протекающим в них процессам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта, системы или процесса. Значение физической величины – оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Основное уравнение измерения:

,                                                (1.1)

 где А – значение физической величины; U – единица измерения физической величины; n – числовое значение физической величины.

По способу получения информации о числовом значении измеряемой физической величины измерения делятся на следующие виды: прямые; косвенные; совокупные; совместные.

Результаты прямых измерений находятся непосредственно из опытных данных.

Результаты косвенных измерений находят на основании известной зависимости между физической величиной и другими физическими величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Косвенные измерения применяются тогда, когда прямые измерения измеряемой физической величины дают большие погрешности или прямым методом нельзя измерить интересующую физическую величину.

Совокупные измерения, это одновременно или последовательно проводимые измерения нескольких одноименных физических величин, при которых искомое значение физической величины находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих одноименных физических величин.

Совместные измерения, это измерения, при которых искомое значение физической величины находят решением системы уравнений, коэффициенты в которых и отдельные члены получают в результате обычных прямых измерений разноименных физических величин.

Например, пусть требуется установить значения постоянных  и  для термистора, зависимость сопротивления которого для какой-то температуры Т имеет вид:

.                                            (1.2)

Проведем измерения значений сопротивлений  и  для двух температурных режимов  и . Логарифмируя выражение (1.2) для соответствующих режимов измерения получим:                                                  

При , при .

Выполнив преобразования, найдем интересующие нас значения  и .

;       .

Таким образом, здесь мы измеряем по два значения разноименных физических величин ,  и , . 

, , .

В метрологии применяются понятия принципа и метода измерения.

Принцип измерения, это совокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Метод измерения, это совокупность приемов использования принципов и средств измерения.

Все методы прямых измерений по характерцу использования мер делятся на методы непосредственной оценки и на методы сравнения с мерой.

Метод непосредственной оценки, это метод измерения, при котором значение физической величины определяют непосредственно по отчетному устройству измерительного прибора.

Метод сравнения с мерой, это метод измерения, в котором измеряемую физическую величину сравнивают с величиной воспроизводимой мерой. Этот метод делится на: дифференциальный; нулевой; метод совпадений.

Дифференциальный метод, это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой физической величины и известной величины воспроизводимой мерой.

Нулевой метод, это частный случай дифференциального, при котором результирующий эффект воздействия на измерительный прибор или средство измерения измеряемой физической величины и известной величины воспроизводимой меры доводят до нуля. Этот метод дает наиболее высокую точность измерения, которая ограничивается только чувствительностью индикаторных средств и точностью применяемых мер.

Метод совпадений, это метод, при котором разность между измеряемой физической величины и величиной воспроизводимой мерой измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.