Przyrządy i przetworniki pomiarowe

Są to narzędzia pomiarowe:Przyrządy - służące do wykonywania pomiaru

Przetworniki – służące do zamiany wielkości mierzonej na sygnał pomiarowy

Znajomość zasady działania przyrządów pomiarowych jak też cech badanego obiektu umożliwia zminimalizowanie lub przewidzenie i właściwe obliczenie niedokładności pomiaru

2

Schematy przyrządów pomiarowychSchemat funkcjonalny – przedstawia realizacje algorytmuSchemat strukturalny - przedstawia strukturę (budowę) przyrządu

Schemat funkcjonalny

Przetwornik dopasowujący

Układ porównania (komparator)

Przetwornik standaryzujący

Układ odniesienia

Przetwornik pierwotny

Wskaźnik

Prostownik Wzmacniacz Ustrój

pomiarowy

Zasilacz Schemat strukturalny

3

Podział przetworników i przyrządów

Ze względu na spełnianie funkcje rozróżnia się:Miernik – przyrząd pomiarowy wywzorcowany w jednostkach miary wielkości mierzonej (woltomierz, amperomierz czy teżczęstościomierz lub fazomierz)Rejestrator - przyrząd pomiarowy umożliwiający zapis wartości mierzonej w funkcji innej wielkości np. czasuCharakterograf - przyrząd umożliwiający obserwacje, pomiar lub rejestrację charakterystyk elementów lub układów elektronicznychDetektor zera – badają istnienie lub zanik zjawiskaPrzetwornik zmiany skali (wzmacniacze, tłumiki)Przetworniki zmiany charakteru (AC/DC, DC/AC, A/C, C/A, prąd/napięcie)

4

Przetworniki analogowe -struktury

Struktury:prosta lub złożonaotwarta lub zamknięta

Przetwornik pierwotny

Przetwornik pośredni

Przetwornik końcowy

X Y

Struktura złożona otwarta (góra) i złożona zamknięta (dół)

Przetwornik

pośredni X/VUkład

Wykonawczy

Wzorzec nastawny

X

Y

+

-

∆X V

Xw

5

Przetworniki analogowe -struktury c.d.

Przetwornik złożony:przetwornik pierwotny (czujnik) pobiera informacje pomiarową i przetwarza do innej postaci nadającej się do dalszego przetwarzania (parametryczne i generacyjne)przetwornik(i) pośredni przetwarza informacje wejściową na sygnał pomiarowy o odpowiednim charakterzeprzetwornik końcowy to przetwornik standaryzujący lub dopasowujący

6

Przetworniki analogowe – parametry

Charakterystyka (statyczna) przetwarzania Y=f(X) (liniowa lub nieliniowa)czułość S=dY/dXstała przyrządu C=1/SZakres: wskazań (miernika), przetwarzania (przetwornika) (Xmax-Xmin) lub pomiarowywarunki znamionowebłąd podstawowy (błąd w warunkach znamionowych), klasa dokładności(dopuszczalna wartość błędu podstawowego) i błędy graniczne dodatkowe (np. temperaturowe) parametry dynamiczne: charakterystyka czasowa, błąd dynamiczny, charakterystyka częstotliwościowa, pasmo przenoszenia

XXkl

xZakr⋅=δ!! Klasa przyrządów charakteryzuje jego własności

metrologiczne, nie jest jednak bezpośrednim wskaźnikiem dokładności pomiaru

7

Analogowe przetworniki pomiarowe wielkości elektrycznych

Prąd/Napięcie (I/U) – np. bocznik Napięcie/Prąd (U/I) – np. posobnik (opornik dodatkowy)Dzielnik napięcia (rezystancyjny, pojemnościowy, indukcyjny)TłumikWzmacniacz pomiarowyWzmacniacz izolującyPrzekładniki: prądowe i napięciowe Przetwornik standaryzujący Przetworniki całkujące i różniczkujące Przetwornik AC/DC - prostownikowy (wartości średniej, wartości szczytowej, wartości skutecznej)Przetwornik mnożący: hallotron, gaussotron, półprzewodnikowe scalone układy mnożąceprzetworniki mocy

8

Mierniki analogowe

XaXf

constXfXX

XXC

xXXkl

x

Xkl

zakr

zakr

zakrzakr

Zakr

Zakr

===

==∆=

⋅=⋅=⋅=

⋅

⋅

)(

)(100

max

δ

αα

ααα

Mierniki, których wskazania są funkcją ciągłą wartości wielkości mierzonej.Ze względu na strukturę:

o działaniu bezpośrednimo działaniu pośrednim (elektroniczne)

Ze względu na rodzaj ustrojumagnetoelektryczne (z przetwornikami)elektromagnetyczneelektrodynamiczne i ferrodynamiczne

X

∆

δ

Urządzenie odczytowe: podzielnia (skala) z podziałką(równomierną lub nierównomierną) wskazówka i lustro

Odczyt: działka elementarna, długość podziałki, błąd paralaksy

9

Mierniki analogoweamperomierz – zerowa rezystancja i włącza się szeregowo (przerywając obwód)woltomierz – nieskończona rezystancja i włącza się równolegleomomierz – szeregowy (rezystancje średnie i duże) i równoległy (rezystancje małe)watomierz – posiada zaciski prądowe i napięciowegalwanometr mierniki o bardzo dużej czułościmultimetr – miernik wielofunkcyjny

V

A

Rw

E +

+

+-

-

-

R

I

ΩR

10

Mierniki analogowe – przykład budowy

Budowa miernika magnetoelektrycznego: magnes stałyruchoma cewka (ramka) umocowana na sprężynach wskazówka połączona z ramką

Prąd płynący przez cewkę w polu magnetycznym powoduje jej obrót

Ogólnie równanie przetwarzania: α=Si (S - czułość przetwornika; i - prąd)

N S

Sam ustrój stanowi zatem mikroamperomierz prądu stałego.

11

Mierniki analogowe – przykład wykorzystania

Sam ustrój stanowi mikroamperomierz prądu stałego, natomiast:dołączając bocznik (Rb) zmieniamy zakrespo dołączeniu posobnika (Rd) tworzymy woltomierzdodając przetwornik prostownikowy tworzymy woltomierz napięć zmiennych

Rb I

mA

r

I-i

i

Rd

I

mA

r

U