Меню

Что такое элементарное средство измерения



Элементарные средства измерений

Элементарными средствами измерений называют меры, устройства сравнения (компараторы) и измерительные преобразователи.Каждое из этих средств, взятое в отдельности, не может осуществить операцию измерения. При выполнении простейших прямых измерений методом сравнения необходимо только два элементарных средства: мера и компаратор. Например, при измерении длины — линейка и человек, выполняющий функции компаратора.

При использовании метода непосредственной оценки в состав измерительного средства обязательно входит измерительный преобразователь, позволяющий проградуировать прибор в единицах измеряемой величины на основе функциональной зависимости между преобразуемой и преобразованной величинами. Примером простейшего преобразователя является точная винтовая пара в микрометре, преобразующая вращательное движение микрометрического винта в поступательное.

Измерительным преобразователем называется 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.

По месту расположения в измерительной цепи преобразователи подразделяются на первичные, непосредственно воспринимающие воздействие измеряемой величины, и промежуточные, расположенные после первичного преобразователя и предназначенные для дальнейшего преобразования измерительного сигнала. Конструктивно обособленные первичные преобразователи иногда называют датчиками. Например, тензорезисторный датчик перемещения является первичным преобразователем, преобразующим перемещение в изменение активного сопротивления.

Наиболее часто используют линейные преобразователи, имеющие линейную связь между входной и выходной величинами. При этом если природа входной и выходной величин сохраняется, а изменяется только размер величины в заданное число раз, то преобразователь называется масштабным (например, измерительный микроскоп).

По виду входных и выходных величин преобразователи подразделяются:

  • на аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;
  • аналого-цифровые, преобразующие аналоговый измерительный сигнал в цифровой код;
  • цифроаналоговые, преобразующие цифровой код в аналоговую величину.

Измерительным сигналом называется сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине. Измерительные сигналы характеризуются значительным количеством параметров; им посвящена обширная научная литература.

Наиболее универсальными носителями количественной информации являются электрический и радиосигналы, которые позволяют передавать информацию на значительные расстояния и удобны для обработки и дальнейшего преобразования. Полому большое внимание уделяется разработке и использованию первичных преобразователей, преобразующих в электрический сигнал измеряемые механические, линейно-угловые и другие физические величины.

Источник

5. Понятие средства измерений. Элементарные средства измерений. Примеры элементарных средств измерений

Средство измерений:Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Т.о., техническое средство явл. средством измерения только в том случае, если оно: 1. обладает способностью хранить или воспроизводить соответствующую единицу физ. величины. 2. сохраняет в теч. определенного времени неизменность размера этой единицы.

По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными. Элементарные предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения (это меры, устройства сравнения и измерительные преобразователи; каждое из них в отдельности не может произвести операцию измерения)

Классификация элемент-х средств:

1.Меры — средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного (однозначная мера) или нескольких (многозначная мера) размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью:

однозначные (гиря 1 кг.); многозначные (конденсатор переменной емкости); наборы мер; магазины мер.

2.Средства сравнения (компараторы)- средство измерений, дающее возможность выполнять сравнение мер однородных величин или же показаний измерительных приборов.

3.Измерительные преобразователи — это техническое устройство, построенное на определенном физическом принципе и выполняющее одно частное измерительное преобразование, т.е. операцию преобразования входного сигналаX в выходной Х1 .

по виду входных и выходных величин: налоговые; аналого-цифровые; цифро-аналоговые.

по характеру преобразования: масштабные; передающие.

по местоположению в измерительной цепи: первичный; промежуточный

6. Понятие средства измерений. Комплексные средства измерений. Примеры комплексных средств измерений.

Средство измерений:Техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

По реализации процедуры измерения средства измерений бывают элементарными и комплексными Комплексные средства измерений предназначены для реализации всей процедуры измерения (это измерительные приборы, измерительные установки и измерительные системы)

Классиф. Комплексных средств:

1.Измерительные приборы — средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне ее измерения и выработки сигнала измерительной информации, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.:

по способу индикации величины: показывающие (вольтметр); регистрирующие( универсальный осциллограф); комбинированные.

по форме представления показаний: аналоговые; цифровые.

2.Измерительные установки — совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в удобной для непосредственного восприятия наблюдателем форме и расположенная в одном месте.

3.Измерительные системы — совокупность функционально объединенных средств измерений, средств вычислительной техники и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах, свойственных данному объекту, в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления. Рассмотрим подробнее классификацию информационно-измерительных систем..

4.Измерительно-вычислительные комплексы — автоматизированные средства измерения и обработки информации, предназначенные для исследования сложных объектов и представляющие собой совокупность программно-управляемых средств (измерительных и вычислительных) и средств воздействия на объект исследования.

Источник

I. Элементарные средства измерений

Классификация средств измерения

Средства измерений делятся на элементарные и комплексные.

Элементарные в свою очередь делятся на: меры, устройства сравнения (компараторы), измерит. преобразователи.

Комплексные в свою очередь делятся на: измерит. приборы, измерит. установки, измерит. системы, измерительно-вычислительные комплексы (ИВК).

1. Мера — это средство измерений (гири, линейка), предназначенное для воспроизведения и хранения ФВ заданного размера (массы, длины).

С наиболее высокой точностью посредством мер воспроизводятся основные физические величины: длина, масса, частота, напряжение и ток.

Однозначные меры — воспроизводят величины только одного размера.

Многозначные меры — воспроизводят несколько размеров физической величины.

*миллиметровая линейка дает возможность выразить длину предмета в сантиметрах и в миллиметрах.

Набор мер — представляет собой комплект однородных мер разного размера, что дает возможность применять их в нужных сочетаниях.

*набор лабораторных гирь.

Магазин мер — сочетание мер, объединенных в одно целое, в котором с помощью переключателей можно соединять составляющие его меры в нужном сочетании.

*По такому принципу устроены магазины электрических сопротивлений.

Читайте также:  Современные единицы измерения метр

2. Устройство сравнения (компаратор) — это средство измерений, дающее возможность сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов.

* пример устройства сравнения — это рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается образцовая гиря, а на другую поверяемая.

Упрощенная схема компаратора приведена ниже.

где ВУ (вычитающее устройство) — формирует разность входных сигналов (X1-X2),

УО (усилитель-ограничитель) — выполняет функции индикатора знака разности

Т.е. выходной сигнал УО равен его положительному напряжению питания (принимаемого за логическую единицу), если разность (X1-X2) > 0, и отрицательному напряжению питания (принимаемому за логический нуль), если (X1-X2)

3. Измерительный преобразователь (ИП) — электроизмерительное средство для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и сравнения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателя.

В зависимости от вида измеряемых величин ИП делятся на:

·преобразователи электрических величин в электрические (шунты, измерительные трансформаторы, измерительные усилители);

·преобразователи неэлектрических величин в электрические (терморезисторы).

По характеру преобразования различают:

·аналоговые преобразователи — преобразуют одну аналоговую величину в другую аналоговую величину (термопара);

·цифро-аналоговый преобразователь (ЦАИП) — преобразуют числовой код в аналоговую величину;

·аналого-цифровой преобразователь (АЦИП) — преобразует аналоговый измерительный сигнал в цифровой код;

·масштабные преобразователи — изменяют размер величины или измерительного сигнала в заданное число раз;

·датчик — конструктивно обособленный первичный ИП, от которого поступают сигналы измерительной информации.

По месту положения в измеряемой цепи ИП бывают:

·первичные — располагается первым в электрической цепи, на него непосредственно воздействует измеряемая величина,

·промежуточные — располагается после первичного.

II. Комплексные средства измерений

1. Измерительные приборы — это средства измерений, которые позволяют получать измерительную информацию в форме, удобной для восприятия пользователем.

По назначению измерительные приборы делятся на амперметры, вольтметры, омметры, термометры, гигрометры и т.д.

Обобщенная структурная схема измерительного прибора показана на рисунке. Она состоит из устройства преобразования и отсчетного устройства (шкала+указатель-стрелка).

Классификация измерительных приборов:

Показывающие ИП — отсчитывают показания измеряемой величины. Это наиболее распространённый вид приборов, на них мы остановимся позднее.

Регистрирующие (РИП) — регистрируют показания.

Самопишущие РИП – записывают показания в форме диаграммы; печатающие РИП – имеют печатающее устройство для печати показаний в цифровой форме.

Суммирующие ИП — суммирует несколько величин, подводимых к нему по различным каналам (ваттметр для измерения суммарной мощности нескольких генераторов).

Интегрирующие ИП — значение измеряемой величины определяется путём её интегрирования по другой (счётчик э.э.).

2.Измерительная установка (ИУ) — совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте.

Классификация измерительных установок:

Испытательный стенд — ИУ, предназначенная для испытания каких-либо изделий.

Поверочная установка — ИУ, предназначенная для поверки СИ.

Эталонная установка — ИУ, входящая в состав эталона.

Измерительные машины — большие ИУ, используемые в машиностроении.

3. Измерительная система— это совокупность функционально объединенных средств измерений, вспомогательных устройств и средств вычислительной техники(!), размещенных в разных точках контролируемого пространства, с целью измерения нескольких ФВ, свойственных этому пространству.

Примерами могут служить системы, развернутые на крупных предприятиях и предназначенные для контроля технологического процесса производства какого-либо изделия, например, производства стали, электроэнергии и т.п.

В зависимости от назначения измерительные системы разделяют на: измерительные, контролирующие, управляющие.

4. Измерительно-вычислительный комплекс — функционально объединённая совокупность СИ, ЭВМ и вспомогательных устройств, предназначенная для выполнения в составе информационно-измерительной системы конкретной измерительной задачи.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Элементарные средства измерений

Элементарные средства измерений предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения. К ним относятся меры, устройства равнения и измерительные преобразователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осуществить операцию измерения.

Мера – это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или нескольких размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Рис. 2.2. Классификация средств измерений по их роли в процессе измерения и

Меры подразделяются на следующие типы:

− однозначные, воспроизводящие ФВ одного размера, напр., гиря 1кг;

− многозначные, воспроизводящие ФВ разных размеров, напр., конденсатор переменной емкости.

Устройство сравнения (компаратор) – это средство измерений, дающее возможность сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов. Во многих относительно простых СИ роль компаратора выполняют органы чувств человека, главным образом зрение, например при сравнении отклонения указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале.

Измерительный преобразователь — это техническое устройст­во, построенное на определенном физическом принципе и выпол­няющее одно частное измерительное преобразование, т.е. операцию преобразования входного сигнала в выходной , информативный параметр которого с заданной степенью точности функционально связан с информативным параметром входного сигнала и с достаточной степенью точности.

Измерительный преобразователь (ИП) предназначен для выполнения одного измерительного преобразования (рис.2.3,а). Важнейшей характеристикой ИП является функция преобразования (рис.2.3,б) в виде . Отклонения реальной передаточной функции ИП от идеальной приводят к возникновению аддитивности, мультипликативной и нелинейной составляющих погрешности.

Линейный преобразователь – это ИП, имеющий линейную связь между входной и выходной величинами. Их важной разновидностью является

Рис. 2.3. Структурная схема измерительного преобразователя (а) и его функция

масштабный ИП, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз. Его уравнение преобразования имеет вид , где , — однородные входная и выходная величины; — постоянный коэффициент передачи.

По виду входных и выходных величин ИП делятся на:

− аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;

− аналого-цифровые (АЦП), предназначен для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

− цифроаналоговые (ЦАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.

Источник

Элементарные средства измерений

Классификация средств измерений

Средства измерений, используемые в различных областях науки и техники, чрезвычайно многообразны. Однако для этого множества можно выделить некоторые общие признаки, присущие всем СИ независимо от области применения. Эти признаки положены в основу различных классификаций СИ, которые рассмотрены далее.

По роли, выполняемой в системе обеспечения единства измерений, СИ делятся на:

Читайте также:  Для проведения работ по весовым измерениям

метрологические, предназначенные для метрологических целей — воспроизведения единицы и (или) ее хранения или передачи размера единицы рабочим СИ;

рабочие, применяемые для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Подавляющее большинство используемых на практике СИ принадлежат ко второй группе. Метрологические средства измерений весьма немногочисленны. Они разрабатываются, производятся и эксплуатируются в специализированных научно-исследовательских центрах.

По уровню автоматизации все СИ делятся на три группы:

• автоматизированные, производящие в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;

автоматические, производящие в автоматическом режиме измерения и все операции, связанные с обработкой их результатов, регистрацией, передачей данных или выработкой управляющих сигналов.

В настоящее время все большее распространение получают автоматизированные и автоматические СИ. Это связано с широким использованием в. СИ электронной и микропроцессорной техники.

По уровню стандартизации средства измерений подразделяются на:

стандартизованные, изготовленные в соответствии с требованиями государственного или отраслевого стандарта;

нестандартизованные (уникальные), предназначенные для решения специальной измерительной задачи, в стандартизации требований к которым нет необходимости.

Основная масса СИ являются стандартизованными. Они серийно выпускаются промышленными предприятиями и в обязательном порядке подвергаются государственным испытаниям. Нестандартизованные средства измерений разрабатываются специализированными научно-исследовательскими организациями и выпускаются единичными экземплярами. Они не проходят государственных испытаний, их характеристики определяются при метрологической аттестации.

По отношению к измеряемой физической величине средства измерений делятся на:

основные — это СИ той физической величины, значение которой необходимо получить в соответствии с измерительной задачей;

вспомогательные — это СИ той физической величины, влияние которой на основное средство измерений или объект измерения необходимо учесть для получения результатов измерения требуемой точности.

Классификация по роли в процессе измерения и выполняемым, функциям является основной и представлена на рис. 11.10. Элементы, составляющие данную классификацию, рассмотрены в последующих разделах.

Рис. 11.10. Классификация средств измерений по их роли в

процессе измерения и выполняемым функциям

Как было показано в разд. 11.1, элементарные средства измерений предназначены для реализации отдельных операций прямого измерения, рассмотренных в разд. 2.2. К ним относятся меры, устройства сравнения и измерительные преобразователи. Каждое из них, взятое по отдельности, не может осуществить операцию измерения.

Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения ФВ одного или нескольких размерор, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Операцию воспроизведения величины заданного размера можно формально представить как преобразование цифрового кода N в заданную физическую величину Хм, основанное на единице данной физической величины [Q]. Поэтому уравнение преобразования меры запишется в виде Хм = N [Q].

Выходом меры является квантованная аналоговая величина Хм заданного размера, а входом следует считать числовое значение величины N (рис. 11.11).

Рис. 11.11. Обозначение меры в структурных схемах (а) и

функция преобразования многозначной меры (б)

Меры подразделяют на следующие типы:

однозначные, воспроизводящие физическую величину одного размера, например: гиря 1 кг, плоскопараллельная концевая мера 100 мм, конденсатор постоянной емкости, нормальный элемент;

многозначные, воспроизводящие ФВ разных размеров, например: конденсатор переменной емкости, штриховая мера длины.

Кроме этого, различают наборы мер, магазины мер, установочные, встроенные и ввозимые меры.

Степень совершенства меры определяется постоянством размера каждой ступени квантования [Q] и степенью многозначности, т.е. числом N воспроизводимых известных значений ее выходной величины. С наиболее высокой точностью посредством мер воспроизводятся основные физические величины: длина, масса, частота, напряжение и ток.

Устройство сравнения (компаратор) — это средство измерений, дающее возможность сравнивать друг с другом меры однородных величин или же показания измерительных приборов. Примерами могут служить: рычажные весы, на одну чашку которых устанавливается образцовая гиря, а на другую — поверяемая; гра-дуировочная жидкость для сличения показаний образцового и рабочего ареометров; тепловое поле, создаваемое термостатом для сравнения показаний термометров. Во многих относительно простых СИ роль компаратора выполняют органы чувств человека, главным образом зрение, например при сравнении отклонения указателя прибора и числа делений, нанесенных на его шкале.

Особенно широкое распространение компараторы получили в современной электронной технике, где они используются для сравнения напряжений и токов. Для этой цели был разработан специальный тип интегральных микросхем. Сравнение, выполняемое компаратором, может быть одно- и разновременным. Первое из них используется гораздо чаще. В электронных компараторах оно реализуется (рис. 11.12) путем последовательного соединения вычитающего устройства (ВУ), формирующего разность входных сигналов (X1 — X2), и усилителя переменного напряжения с большим коэффициентом усиления (усилителя-ограничителя УО), выполняющего функции индикатора знака разности. Выходной сигнал УО равен его положительному напряжению питания (принимаемого за логическую единицу), если разность (X1 — X2) > 0, и отрицательному напряжению питания (принимаемому за логический нуль), если

Рис. 11.12. Структурная схема компаратора (а) и его функция

Функция преобразования идеального компаратора, показанная на рис. 11.12, б, описывается уравнением

Степень совершенства компаратора определяется минимально возможным порогом чувствительности Dп, а также его быстродействием — временем переключения из одного состояния в другое. У идеального компаратора порог Dп и время переключения равны нулю. В реальном компараторе наличие порога приводит к возникновению аддитивной погрешности.

Измерительный преобразователь (ИП) предназначен для выполнения одного измерительного преобразования. Его работа протекает в условиях, когда помимо основного сигнала X, связанного с измеряемой величиной, на него воздействуют множество других сигналов Zi, рассматриваемых в данном случае как помехи (рис. 11.13,а).

Рис. 11.13. Структурная схема измерительного преобразователя (а)

и его функции преобразования (б)

Важнейшей характеристикой ИП является функция (уравнение) преобразования (рис. 11.13, б), которая описывает статические свойства преобразователя и в общем случае записывается в виде Y = F(X, Z;).

В подавляющем большинстве случаев стремятся иметь линейную функцию преобразования. Функция Y(X) идеального ИП при отсутствии помех описывается уравнением Y = kX. Она линейна, безынерционна, стабильна и проходит через начало координат. Реальная передаточная функция в статическом режиме имеет вид Y = k(1 + g)X + D + D[F(X)] и может отличаться от идеальной смещением нуля D, наклоном g и нелинейной составляющей D[F(X)]. Такие отклонения реальной передаточной функции ИП приводят к возникновению аддитивной, мультипликативной и нелинейной составляющих погрешности.

Измерительные преобразователи классифицируются по ряду признаков.

По местоположению в измерительной цепи преобразователи делятся на первичные и промежуточные. Первичный преобразователь — это такой ИП, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина, т.е. он является первым в измерительной цепи средством измерений. Промежуточные преобразователи располагаются в измерительной цепи после первичного. Зачастую конструктивно обособленные первичные измерительные преобразователи называют датчиками. Например, резистивный датчик перемещения — это первичный преобразователь, в котором перемещение преобразуется в изменение активного сопротивления. Детально первичные измерительные преобразователи рассмотрены в специальной научной литературе [59—62].

Читайте также:  Перевод единиц измерения для начальной школы

Пример 11.2. Рассмотрим первичные преобразователи магнитных величин — индукции и напряженности поля, используемые при измерении характеристик магнитных материалов. Наибольшее распространение [63, 64] получили преобразователи магнитной индукции, основанные на законе электромагнитной индукции, и напряженности поля, основанный на законе полного тока (рис. 11.14,а).

Рис. 11.14. Первичные преобразователи магнитной индукции и

напряженности поля на кольцевом образце (а) и на

образце для аппарата Эпштейна (б)

Для того чтобы получить измерительную информацию о характеристиках и параметрах испытуемого магнитного образца (МО), необходимо изменить его магнитное состояние, т.е. осуществить перемагничивание. С этой целью на замкнутый испытуемый МО наносятся обмотки: намагничивающая с числом витков w1 и измерительная с числом витков w2. Через намагничивающую обмотку и соединенное последовательно с ней прецизионное измерительное сопротивление R под действием перемагничивающего напряжения u(t) протекает ток i(t). Согласно закону полного тока, он пропорционален напряженности поля H(t) в образце:

где 1ср— длина средней силовой магнитной линии в испытуемом МО. Протекая через чисто активное измерительное сопротивление R, этот ток создает падение напряжения, пропорциональное напряженности поля:

(11.6)

Таким образом, последовательно соединенные намагничивающая обмотка, нанесенная на образец, и измерительное сопротивление образуют первичный преобразователь напряженности поля.

При перемагничивании МО в его измерительной обмотке генерируется ЭДС электромагнитной индукции

(11.7)

где Ф(t), B(t) — магнитный поток и индукция; S — площадь поперечного сечения МО. Из данного уравнения видно, что вторичная измерительная обмотка, нанесенная на испытуемый образец, является первичным преобразователем магнитной индукции. Сигнал на его выходе пропорционален скорости изменения магнитной индукции. Для получения измерительной информации о самой магнитной индукции этот сигнал необходимо тем или иным способом проинтегрировать.

Образцы для испытаний изготавливают в виде колец или полос определенных размеров (280×20 мм). В большинстве случаев испытания проводят в аппарате Эпштейна (рис. 11.14, б), предназначенном для перемагничивания полосовых образцов, собираемых в замкнутую магнитную цепь в виде квадрата. Аппарат Эпштейна состоит из жесткого немагнитного основания, на котором по сторонам квадрата закреплены четыре пустотелые немагнитные непроводящие гильзы прямоугольного сечения, предназначенные для закладки в них полосовых образцов. На каждую из гильз намотаны тонким проводом секции измерительной обмотки (w21, w22, w23, w24), соединенные между собой согласно. Поверх них толстым проводом намотаны четыре секции намагничивающей обмотки (w11, w12, w13, w14), также соединенные между собой согласно. Суммарное число витков намагничивающей w1 и измерительной w2 обмоток зависит от конкретного назначения аппарата Эпштейна и бывает различным. Наиболее часто они содержат по 600 витков каждая.

Аппарат Эпштейна представляет собой измерительный преобразователь магнитных величин в электрические и широко используется в практике испытаний магнитных материалов.

По характеру преобразования входной величины ИП делятся на линейные и нелинейные. Линейный преобразователь — это ИП, имеющий линейную связь между входной и выходной величинами. Их важной разновидностью является масштабный ИП, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз. Его уравнение преобразования имеет вид Y=kX, где X, Y — однородные входная и выходная величины; k — постоянный коэффициент передачи. Примерами масштабных преобразователей могут служить усилители, делители напряжения, измерительные трансформаторы напряжения. У нелинейных ИП связь между входной и выходными величинами нелинейная.

По виду входных и выходных величин ИП делятся на:

аналоговые, преобразующие одну аналоговую величину в другую аналоговую величину;

аналого-цифровые (АЦП), предназначенные для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

цифроаналоговые (ПАП), предназначенные для преобразования цифрового кода в аналоговую величину.

Обозначения в структурных схемах и передаточные функции АЦП и ЦАП показаны на рис. 11.15. В качестве входных (для ЦАП) и выходных (для АЦП) кодов, как правило, используются параллельные двоичные коды. Входной (для АЦП) и выходной (для ЦАП) величиной чаще всего является напряжение и.

Уравнение преобразования идеального однополярного ЦАП

где R — разрядность ЦАП; Um— максимальное выходное напряжение ЦАП; N10 — значение входного кода в десятичной системе исчисления; аi — коэффициенты, которые могут принимать значения, равные нулю или единице. Из уравнения видно, что квант напряжения на выходе ЦАП, называемый единицей младшего разряда (ЕМР), равен Um/(2 R -l).

Рис. 11.15. Обозначения в структурных схемах (а), передаточные

функции (б) и части передаточных функций (в) АЦП,

ЦАП в увеличенном масштабе

Уравнение преобразования идеального однополярного АЦП записывается в виде

где int[X] — функция, выделяющая целую часть числа X. Минимальное изменение напряжения на входе АЦП, которое приводит к изменению выходного кода, называемое разрешающей способностью, равно Um/(2 R -l).

Система метрологических параметров преобразователей, отражающая особенности их построения и функционирования, объединяет несколько десятков параметров, важнейшими из которых являются:

число разрядов R — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может воспринимать ЦАП или вырабатывать АЦП;

абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы — отклонение значения входного для АЦП и выходного для ЦАП напряжения от номинального значения, соответствующего конечной точке функции преобразования (часто эта погрешность называется мультипликативной);

• дифференциальная нелинейность — отклонение разности двух аналоговых сигналов, соответствующих двум соседним кодам, от значения ЕМР;

время установления выходного напряжения — интервал времени от момента заданного изменения кода на входе ЦАП до момента, при котором выходное аналоговое напряжение войдет в зону шириной в одну ЕМР, симметрично расположенную относительно установившегося значения;

время преобразования — интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.

Существуют и другие параметры преобразователей, определения которых даны в ГОСТ 19480-74.

Пример 11.3. Промышленность выпускает большое число микроэлектронных ЦАП (шифр ПА в типе) и АЦП (шифр ПВ) [65—68]. Основные метрологические параметры некоторых из них приведены в табл. 11.1.

Метрологические параметры микроэлектронных ЦАП и АЦП

Источник