ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Содержание предлагаемой книги соответствзет программе курса «Измерительные преобразователи», читаемого в высших учебных заведениях для специальности 0642 «Информационно-измерительная техника». Современная информационно-измерительная техника располагает средствами измерения около двухсот различных физических величин - электрических, магнитных, тепловых, акустических, механических и т. д. Подавляющее большинство этих величин в процессе измерения преобразуется в величины электрические, как наиболее удобные для передачи, зсиления, математической обработки и точного измерения. Поэтому в современной измерительной технике находят широкое применение преобразователи разного рода физических величин в электрические величины.

Термин «измерительный преобразователь» (ИП) употребляется в настоящее время достаточно широко и в разных смыслах. В данной книге под измерительным преобразователем понимается элсментар-

деленного физического принципа: емкостный, магнитоупругий, пьезо-

ЭПечТПТЛпргкнй ППРП«ЛПЯЧПР!ЯТРПК и т п

объединенных в один конструктивный узел, выносимый на объект измерения, сохранен укорениви1ийся в практике термин «датчик».

Подбор излагаемого материала базируется на многолетнем опыте чтения лекций в Ленинградском политехническом институте имени М. И. Калинина.

Описать в книге небольшого объема все известные типы измерительных преобразователей, а также изложить вопросы теории и методы расчета этих преобразователей не представляется возможным, да и вряд ли это целесообразно. Поэтому основное внимание при написании книги было направлено на систематизацию физических явлений, положенных в основу построения преобразователей, и систематизацию вопросов теории, используемых для их описания. В соответствии с этим вопросы динамики ЙП и теории погрешностей, общие для всех ИП, сосредоточены в первой и второй главах книги.

Общим элементом любых измерительных устройств, использующих ИП, являются измерительные цепи, связывающие ИП с последующей аппаратурой. Без рассмотрения измерительных цепей не пред-

ставляется возможным расчет и проектирование ИИ. Поэтому измерительным цепям посвящена отдельная глава.

Существенная часть описываемых в книге преобразователей предназначена для измерения механических величин. Общими для преобразователей механических величин являются упругие элементы, рассматриваемые в главе четвертой.

Остальные главы книги посвящены отдельным типам преобразователей. При этом, излагая вопросы теории и расчета преобразователей, которые стали уже классическими (тензорезистивные, индуктивные, емкостные и др.), авторы рассматривают также преобразователи, получившие распространение в последние годы (пьезорезонансные, гальваномагнитные, преобразователи с использованием поверхностных акустических волн, магнитомодуляционные и т.д.). В то же время некоторые широко применяемые преобразователи, достаточно подробно описанные в специальной литературе, в настоящей книге не рассматриваются (акустические, преобразователи с радиоактивным излучением, электрон но-лучевые и др.).

Авторы старались уделить больше внимания методам расчета измерительных преобразователей с иллюстрацией их достаточным числом примеров.

В работе над рукописью и в написании некоторых глав приняли участие д-р техн. наук, профессор Дрезденского технического университета А. Ленк (гл. 4 и 5), сотрудники Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина - канд. техн. наук, доцент С. А. Спектор (§ 8-10 и 8-11), канд. техн. наук, доцент В. С. Гут-ников (§ 7-4 и 11-5), канд. техн. наук Л. Н. Кнорринг (§ 8-12), канд. техн. наук А. В. Клементьев (§ 5-5), канд. техн. наук, доцент

Омского политехнического института Ю. Н. Кликушин (гл. 12). Главы о .. If) ... п \ г.. , .. .

Авторы BbifamaKDT особую признательность председателю методи-

Кйуки и ТсХЬИкй РСФСР, д-ру ifeXH. nay ii, профёСсирУ С Г. IIIpuivi-

кову. явивтрм\?гя инипиятором гочдяния к\фгя «Измепите.чьные преобразователи» и введения его в учебные планы. Авторы считают своим долгом отметить, что излагаемый материал в значительной мере учитывает результаты обсуждений и дискуссий, проводимых в коллективе кафедры информационно-измерительной техники, а также обязан своим созданием лекторам, ранее работавшим над этим курсом: А. М. Туричину, М. М. Фетисову, Д. И. Зорину.

Авторы благодарны коллективу кафедры информационно-измерительной техники Ленинградского электротехнического института имени В. И. Ульянова (Ленина), а также д-ру техн. наук, профессору А. М. Мелик-Шахназарову за полезные замечания, сделанные ими при рецензировании рукописи настоящей книги.

Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу: 191041, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское отделение Энер-гоатомиздата.

Авторы

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОБЩМЕ свойства И ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1-1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Измерительное преобразование представляет собой отражение размера одной физической величины размером другой физической величины, функционально с ней связанной.

Применение измерительных преобразований является единственным методом практического построения любых измерительных устройств.

Измерительный преобразователь - это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе действия, выполняющее одно частное измерительное преобразование. Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, так как объект измерения - это, как правило, сложный, многогранный про;-цесс, характеризующийся множеством параметров, каждый из которых действует на измерительный преобразователь совместно с остальными параметрами. Нас же интересует только один параметр, который назьтпгм тмглчгмпй r.ritinaintl, я псе потальные параметры процесса считаем пимехими. иштому у каждсци Ис5мсри1сльпи10 upeuu-

разователя целесообразно установить его естественную входную величина ктопяя .riVMUie всего В()с1и)инимае1еи им па шине иимс\. Подобным образом можно выделить естественную выходную величину преооразователя. По виду ес1ес1венной ьыхидний элскхрический величины преобразователи гюдразделяются на две большие группы: генераторные (с выходной величиной е = f (х) или i = f {х) и внутр1ен-ним сопротивлением 2,, = const) и параметрические (с ЭДС е = О и выходной величиной в виде изменения R, L или С в функции х).

Функция преобразования измерительного преобразователя - это функциональная зависимость выходной величины от входной, описываемая аналитическим выражением или графиком. Чаще всего стремятся иметь линейную характеристику преобразования, т. е. прямую пропорциональность между изменением входной величины и соответствующим приращением выходной величины преобразователя.

Для описания линейной характеристики преобразования а = = Ф (х) = ао + SAX достаточно двух параметров: начального значения выходной величины ао (нулевого уровня), соответствующего нулевому (или какому-либо другому характерному) значению входной величины X, и показателя относительного наклона характеристики S = Аа/Ах, называемого чувствительностью преобразователя.