Преобразователи различных физических величин и полей
Основные понятия
Измерительный преобразователь – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительный преобразователь, к которому подводится измеряемая величина, называют первичным измерительным преобразователем. Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины в заданное число раз, называют масштабным измерительным преобразователем.
В зависимости от рода измеряемой величины на входе измерительные преобразователи для электрических измерений делят на преобразователи электрических величин и преобразователи не электрических величин. Примерами преобразователей электрических величин в электрические являются делители напряжения, усилители напряжения и др. Преобразователи не электрических величин в электрические применяют при электрических измерениях неэлектрических величин. Терморезисторы, применяемые для измерения температуры, – пример таких преобразователей.
Масштабные измерительные преобразователи
Масштабным называют измерительный преобразователь, предназначенный для изменения величины в заданное число раз. К ним относят шунты, делители напряжения, измерительные усилители, измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Для уменьшения силы тока в определенное число раз применяют шунты. Например, такая задача возникает в том случае, когда диапазон показаний амперметра меньше диапазона изменения измеряемого тока.
Шунт представляет собой резистор, включаемый параллельно средству измерений, как показано на рис. 7.1. Если сопротивление шунта
Rш = R/(n-1), |
(7.0) |
где R – сопротивление средства измерений; n = I1/I2 – коэффициент шунтирования, то ток I2 в n раз меньше тока I1.
Рис. 7.1. Схема включения измерительного механизма с шунтом
Для уменьшения напряжения в определенное число раз применяют делители напряжения, которые и в зависимости от рода напряжения могут быть выполнены на элементах, имеющих чисто активное сопротивление, емкостное или индуктивное сопротивление.
Для усиления сигналов постоянного и переменного тока, т. е. для расширения пределов измерения в сторону малых сигналов, применяют измерительные усилители. По диапазону частот усиливаемых сигналов измерительные усилители бывают для постоянного тока и напряжения, низкочастотными
(20 Гц –200 кГц), высокочастотными (до 250 МГц) и селективными, усиливающими сигналы в узкой полосе частот. Измерительные усилители выполняют с нормированной погрешностью коэффициента передачи.
Измерительные трансформаторы переменного тока
Измерительные трансформаторы тока и напряжения используют как преобразователи больших переменных токов и напряжений в относительно малые токи и напряжения, допустимые для измерений приборами с небольшими стандартными пределами измерения (например, 5А, 100В). Применением измерительных трансформаторов в цепях высокого напряжения достигается безопасность для персонала, обслуживающего приборы, тук как приборы при этом включаются в заземляемую цепь низкого напряжения (см. рис. 7.2).
Рис. 7.2. Схемы включения измерительных трансформаторов тока (а) и напряжения (б)