Выбери формат для чтения
Загружаем конспект в формате pdf
Это займет всего пару минут! А пока ты можешь прочитать работу в формате Word 👇
17.10. 2016 г
КУРС ЛЕКЦИЙ:
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ
ТЕМА 1. МЕТРОЛОГИЯ
ЛЕКЦИЯ 3
№
СОДЕРЖАНИЕ
В
ВВЕДЕНИЕ. ОCНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕТРОЛОГИИ (лекция 1)
1
ВИДЫ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
1
1.1
Меры и калибраторы (лекция 2)
2
1.2
Измерительные преобразователи (лекция 3)
10
1.3
Измерительные приборы (лекция 4)
19
2
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 5 и 6)
2.1
Характеристики измерительных приборов (лекция 5)
2.2
Характеристики мер и калибраторов (лекция 6)
2.3
Характеристики измерительных преобразователей (лекция 6)
3
ВИДЫ И ОБЩИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 7)
4
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ СИЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА (лекция 8)
5
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (лекция 9)
6
ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ (лекция 10)
7
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ЧАСТОТЫ (лекция 11)
8
СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (лекция 12)
9
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
9.1
Составляющие погрешности измерения (лекция 13)
9.2
Запись результата измерения (лекция 13)
9.3
Вычисление погрешностей измерений (лекция 14)
Примечание – Нумерация страниц, рисунков и таблиц сквозная в пределах раздела 1:
здесь нумерация продолжает нумерацию материала лекции 2.
10
17.10. 2016 г
1.2 Измерительные преобразователи
Измерительные преобразователи (ПИ) преобразуют сигналы измерительной информации в форму, более удобную для дальнейшего использования
при измерениях: при обработке, хранении, дальнейшем преобразовании или
передаче, индикации. Типовое графическое обозначение преобразователей
(графема) представлено на рисунке 1.10.
Х – преобразуемая величина (всегда слева от тела графемы),
Y – преобразованная величина (всегда справа от тела графемы)
Рисунок 1.10 – Типовая графема измерительных преобразователей
Измерительные преобразователи будем делить на следующие группы.
1.2.1 Преобразователи неэлектрических величин в электрические
Первичные измерительные преобразователи (ПИП).
Термометры сопротивления (ТС). Преобразуют температуру среды, в
которой находятся, в электрическое сопротивление постоянному току (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11 – ТС. Изображение, конструкция и графема
ТС выпускаются трёх видов: двухпроводные, трёхпроводные и четырёхпроводные (рисунок 1.12). Назначение вариантов более подробно представлено в лекции 12.
11
17.10. 2016 г
Рисунок 1.12 – ТС. Схемно-конструктивные варианты
Термоэлектрический преобразователь (термопара, ТП). Эти преобразователи также воспринимают температуру (точнее – разность температур),
но преобразуют её в напряжение низкого уровня (рисунок 1.13). Диапазон
выходных напряжений от 0 до нескольких десятков милливольт. Важно, что
термопары способны выдавать только малые значения тока без ущерба точностным характеристикам, поэтому последующие (вторичные) преобразователи (см. далее) должны иметь большое входное сопротивление, идеально –
бесконечность.
Рисунок 1.13 – ТП. Изображение, принцип действия, конструкция и графема
Расходомеры.
Первичные преобразователи расхода предназначены для преобразования
расхода жидкости в пропорциональную по величине расхода ЭДС. Преобразователи предназначены для работы в составе теплосчётчиков.
12
17.10. 2016 г
Рисунок 1.14 – Примеры расходомеров
Вторичные измерительные преобразователи (ПИВ)
ПИВ преобразуют сигналы первичных преобразователей в следующие
электрические сигналы:
- напряжение или ток унифицированных диапазонов;
Примечание – Так принято обозначать стандартизованные диапазоны измерений
напряжения, тока или реже – частоты. Например, унифицированные диапазоны напряжений постоянного тока: 0…+10 мВ; 0…+20 мВ; ±10 мВ; 0…+1В; ±1 В; 0…+10 В.
- сигналы стандартных интерфейсов (RS485, RS232, CAN, Ethernet, …).
Примечания – Интерфейсами называют устройства, предназначенные для обмена
информацией между источниками и приёмниками. Источник информации может быть одновременно и приёмником. Информация передаётся аналоговым или цифровым, проводным или беспроводным способами. Информация передаётся в соответствии со стандартизированными протоколами непрерывно или посредством посылок – специальным образом
скомпонованными массивами данных, которые позволяют распознавать начало и конец
посылки, исправлять некоторые ошибки, возникающие при трансляции, расшифровывать
собственно полученные данные (информацию).
Проводные интерфейсы имеют две или более линии связи. В ряде случаев линии связи
используются не только для обмена информацией, но и для питания электронных схем. В
настоящее время широко используются несколько типов проводных цифровых интерфейсов: USB, RS232, RS485, CAN, Ethernet. Они отличаются количеством и назначением линий обмена, уровнями передаваемых цифровых сигналов (напряжений), протоколом обмена. Интерфейсы имеют различное назначение. Их основные характеристики: предельная дальность, скорость и помехозащищённость обмена.
Достаточно широко используются аналоговые интерфейсы под названием «токовая
петля». Обычно такая связь осуществляется между удалённым датчиком и приёмником
информации. Информация передаётся посредством двух проводов. В этом интерфейсе носителем информации является значение силы тока: источник формирует это значение в
соответствии с результатом измерения, например, температуры, а приёмник выполняет
обратную задачу – измеряет ток и, например, отображает значение температуры.
Наряду с проводными получают всё большее распространение и беспроводные интерфейсы. Типовые современные беспроводные интерфейсы: ZigBee, Bluetooth, WiFi и др.
13
17.10. 2016 г
Модуль MCR-T-UI-E-NC – 2814126: программируемый измерительный температурный преобразователь, для 2-, 3- или 4-проводных первичных преобразователей с термоэлементом
и/или термометром сопротивления, с гальванической развязкой вход/выход.
Применяемый тип первичных преобразователей (термопар): U, T, L, J, E, K, N, …
Имеет унифицированные выходные сигналы в
виде силы постоянных токов или напряжений постоянного тока.
Устанавливается на DIN-рейку.
ЦР 9007. Многоканальный преобразователь электрических сопротивлений постоянного тока в код интерфейса RS485. Допускает согласованное подключение ТС платиновых
или медных по 2-, 3- или 4-проводному способам. Устанавливается на DIN-рейку.
.
ZET 7020. Измерительный преобразователь сигналов термоэлементов (термопар) в
сигналы интерфейса RS485, с гальваническим барьером между входом и выходом
Рисунок 1.15 – Примеры вторичных преобразователей и их графемы
Датчики (Д)
Преобразуют неэлектрические величины в унифицированный диапазон
электрических сигналов или сигналы интерфейсов. Другими словами
Д = ПИП+ПИВ.
Примечание – В литературе часто под датчиком понимают конструктивно оформленный первичный преобразователь безотносительно к виду формируемых им выходных
сигналов;
14
17.10. 2016 г
1. Датчик уровня топлива.
Используется в системах, измеряющих
и контролирующих количество ГСМ (бензины, дизельное топливо, масла) в стационарных емкостях и баках транспортных
средств.
Выходной сигнал – интерфейсы
RS232/RS485
2. Погружной датчик температуры.
Выходной сигнал – сила постоянного
тока унифицированного диапазона
(4 ... 20) мA (токовая петля).
3. Датчик частоты дыхания.
Выходной сигнал – USB-интерфейс.
http://td-school.ru/index.php?page=4452#prettyPhoto
4. Датчик магнитного поля.
Выходной сигнал – USB-интерфейс.
5. Датчик освещённости.
Выходной сигнал – USB-интерфейс.
6. Датчик влажности.
Выходной сигнал – USB-интерфейс.
15
17.10. 2016 г
7. Датчик влажности и температуры.
Выходной сигнал – ток унифицированного диапазона (4 …20) мА (токовая петля).
8. Датчики расхода воздуха.
Выходной сигнал – RS232-интерфейс
http://www.sensorica.ru/d3-1c.shtml
9. Датчик углекислого газа.
Выходной сигнал – I2C-интерфейс
Рисунок 1.16 – Примеры датчиков
Примечание – Часто датчиками называют также малогабаритные первичные преобразователи, которые наряду с интерфейсом имеют выход на цифровое отсчётное
устройство (дисплей; рисунки 1.17). В соответствии с отечественными стандартами такой преобразователь по формальным признакам должен относиться к измерительным
приборам.
1. QFM3171D. Датчик влажности и температуры.
Выходной сигнал – напряжение постоянного тока унифицированного диапазона
(0 … 10) В.
Альтернативный способ выдачи информации – цифровой дисплей.
2. Датчик влажности и температуры.
Выходной сигнал – интерфейс Ethernet.
Альтернативный способ выдачи информации – цифровой дисплей.
16
17.10. 2016 г
3. Датчик углекислого газа.
Выходной сигнал – ток унифицированного диапазона (4 …20) мА.
Альтернативный способ выдачи информации – цифровой дисплей.
4. ЕЕ244. Многоканальный датчик температуры, влажности и углекислого газа.
Выходной сигнал – радиоканал с несущей 2,4 ГГц. Протокол IEEE 802.15.4.
Альтернативный способ выдачи информации – цифровой дисплей.
Рисунок 1.17 – Примеры датчиков с цифровым дисплеем
1.2.2 Преобразователи электрических величин в электрические
Такие преобразователи преобразуют:
- основные электрические величины (напряжение, ток) в подобные электрические величины. Это усилители, делители, измерительные трансформаторы (тока или напряжения), другое;
- основные электрические величины (напряжение, ток) в сигналы унифицированных диапазонов (U, I)*) или сигналы стандартных интерфейсов;
Примечание – Редко на выходе таких преобразователей формируется переменный
сигнал с унифицированным частотным диапазоном
- параметры основных электрических величин (амплитуда, среднеквадратическое значение, мощность, частота, …) в сигналы унифицированного
диапазона;
- параметры электрических цепей (электрическая ёмкость, индуктивность,
электрическое сопротивление) в сигналы унифицированного диапазона.
На рисунках 1.18 представлены некоторые варианты таких преобразователей.
17
17.10. 2016 г
1. ТШП-0,66. Измерительные трансформаторы тока: преобразователи силы переменного
тока в переменный низкого унифицированного
диапазона: (0…1) А, или (0…5) А.
2. Е842А. Преобразователь силы переменного тока в постоянный унифицированного
диапазона (0…5 мА).
Устанавливается на DIN-рейку.
3. Lumel P21Z. Двухканальный преобразователь силы переменного тока и напряжения
переменного тока в:
- постоянные напряжение и ток унифицированных диапазонов: (0…5) мА или (0..10) В;
- или сигналы интерфейса RS-485.
Устанавливается на DIN-рейку.
4. КЭИ-м. Бесконтактный преобразователь
тока (токоизмерительные клещи) в напряжение постоянного тока унифицированного диапазона (0…1) В.
Рисунок 1.18 – Примеры вторичных преобразователей
Более подробный разбор актуальных характеристик измерительных преобразователей
будет проведен в лекции 6.
18