Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 [ 144 ] 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166


Рис. 11.5. Схематическое устройство тесламетра Щ4311 с преобразователем Холла.

Основной ИХ недостаток - наличие вращающихся частей. Естественно стремление к созданию преобразователей-вибраторов, в которых вращательное движение было бы заменено колебательным. На рис. 11.4,6 изображен тесламетр с магнито-стрикционным виброзондом. Основу последнего составляет тонкостенный цилиндрический вибратор из поликристаллической сегнетокерамики, внутренняя и внешняя поверхность которого металлизирована. Внутренняя металлизированная поверхность имеет непроводящий зазор, препятствующий прохождению вихревых токов. На внешней металлизированной поверхности цилиндра, представляющей собой коротко-замкнутый виток, расположена многовит-ковая катушка МК. Если к металлизированным поверхностям подвести переменное напряжение Vi{t) нужной величины, вибратор будет совершать электрострикционные радиальные колебания удвоенной частоты. При наличии постоянного измеряемого магнитного поля ВХ, действующего вдоль оси цилиндра, в короткозамкнутом витке возникает вихревой ток. В результате периодического изменения площади поперечного сечения витка в нем возникает вихревой ток, который индуцирует в миоговитковой катушке (МК) э. д. с, пропорциональную измеряемой индукции ВХ. Эта э. д. с. усиливается усилителем, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем и подается на цифровой вольтметр постоянного напряжения.

Наиболее высокую точность измерения магнитной индукции и напряженности магнитного поля обеспечивают тесламетрь., основанные на физических явлениях, возникающих нри взаимодействии микрочастиц с магнитным полем. Наиболее простыми являются измерители, основанные на использовании ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Отечественной промышленностью иа основе ЯМР выпускается измеритель магнитной Индукции типа Е11-2 (табл. 41).

Из всех измерителей магнитной индукции в нашей стране и за.рубежом наиболее широко применяются тесламетры, основанные на использовании эффекта Холла.

Этот принцип положен в основу работы комбинированных цифровых измерительных приборов, разработанных совместно Институтом электродинамики АН УССР и заводом <влектроизмеритель», типа Щ4310 и Щ4311 (табл. 41, рис. 11.2,6). Левое положение контактов переключателя соответствует прямому включению преобразователя Холла, правое - инверсному (рис. 11.5). Э, д. с. Холла, пропорциональная ВХ, в обоих положениях SW измеряется при помощи преобразователя напряжения - код и одновременно осредняется. Результат, измерения Ni,X после осреднения при этом не зависит от напряжения неэквипо-тенциальности. За разработку и освоение серийного выпуска комплекса магнитоизмерительной аппаратуры, включающего приборы Щ4310 и Щ4311, коллективу ученых и сотрудников Института электродинамики АН УССР и житомирского завода <влектроизмеритель» присуждена Государственная премия УССР в области науки и техники.

11.3. ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура - одна из основных величин, точность измерения и точность управления которой являются необходимым условием повышения эффективности технологических процессов и качества их продуктов. Основными средствами Измерения температуры являются аналоговые средства измерения, главным образом в виде компенсационных и мостовых автоматических измерителей с серийными измерительными преобразователями температуры (ИПТ) - в виде термопар и терморезисторов (п. 4.3).



, Термопара

Терморезистор

Кварцевый резонатор

Рис. 11.6. Упрощенные структуры цифровых измерителей температуры: о=с термопарой; б -с терморезнстором; в.=.с кварцевым резонатором.

YF(X)


Y=F(X)

Рис. 11.7, Основные способы устранения нелинейности в измерительных преобразователях: с - цифровые с помощью цифровых вычислительных устройств и функциональных преобразователей код код; б аналоговые с помощью функциональных преобразователей; в комбинированные.

Для реализации цифрового управления технологическими процессами серийно выпускаются цифровые измерители температуры все более высокой точности и быстродействия. Для измерения температура предварительно преобразуется при ПО.МОЩИ ИПТ в напряжение (в термопарах), в сопротивление (в терморезисторах) и в частоту (в кварцевых резонаторах) (рис. 11.6, а, б, в), выходные величины этих преобразователей измеряются цифровыми измерителями напряжения, сопротивления или частоты, выходные сигналы которых должны представлять значения измеряемой температуры. Необходимым условием этого является линейность функций преобразования измерительных преобразователей температуры. Однако большинство серийных ИПТ нелинейно. Функции преобразования большинства термометров" сопротивления (ГОСТ 6651-78) и термоэлектрических преобразователей - термопар (ГОСТ 3044-77) выражаются степенными полиномами, обычно второй и третьей степени.

В аналоговых измерителях температуры нелинейносгь ИПТ компенсируется градуировкой шкалы и погрешность от нелинейности прн этом практически устраняется. В цифровых измерителях температуры необходимо устранение нелинейности ИПТ, ибо в противном случае нелинейность ИПТ полностью входит в погрешность цифрового измерителя температуры. Характерной особенностью цифровых измерителей температуры, в которых используются обычные серийные нелинейные ИПТ, является наличие линеаризующих устройств, устраняющих нелинейность ИПТ структурными методами.

Возможны следующие основные структурные методы устранения иелнней-рости в цепях измерительных устройств:

1) при измерении информативного параметра выходного сигнала нелинейного из!аерительиого преобразователя F цифровым прибором с последующим нелинейным преобразованием в микропроцессоре или в нелинейном преобразователе код - код по функции (рис. 11.7,0).



Таблица 42. Цифровые термометры, выпускаемые в СССР

Тип прибора

Диапазон температур, "С

Основная погрешность, %

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Примечание

Ф266

-200. ..+750

0,2/0,1

240х101х Х285

А565, А566

0...600

0,1/0,2

240Х160Х Х445

Класс точности сохраняется в производственных условиях в течение 2000 ч без калибровки

Кварцевый цифровой термометр

-60-•120

360Х160Х

хзоо

Цифровой карманный инфракрасный пирометр «Смот-рич»

4П-01...4П-01

0---1Е00 в шести диапазонах

1,0/2,0

160x60x 60

Время измерения

Ь2,5 с

Первый вариант первого способа применен, например, в отечественном программируемом цифровом вольтметре постоянюго тока типа Щ1531, в котором предусмотрен режим линеаризации термопар с уравнением

(П. 14)

Второй вариант первого способа становится все более перспективным в од-ноканальных цифровых приборах, особенно в цифровых измерителях температуры, в связи с дальнейшей миниатюризацией и снижением стоимости матричных интегральных функциональных преобразователей код - код (п. 7.2). Этот способ при наличии регулирующих матричных функциональных преобразователей код - код дает возможность градуировать цифровой измеритель температуры, т. е. наиболее простым и надежным способом устранить нелинейность аналогично градуировке шкалы аналоговых измерителей температуры. Цифровая линеаризация применяется в настоящее время в большинстве цифровых измерителей температуры, выпускаемых как в СССР, так и за рубе>ком (табл. 42).

2) получение требуемой нелинейной зависимости F в аналоговом нелинейном измерительном преобразователе. При этом если аналоговый нелинейный преобразователь входит в прямую цепь, то в нем реализуется функция F~, а если в обратную цепь,- то функция F (рис. 11.7,6).

Второй способ применяется с кусочно-линейной аппроксимацией либо на основе функциональных частотно-временных преобразователей, например методами многократного интегрирования и методом двухтактного интегрирования с нелинейным изменением опорного напряжения во времени (п. 7.5). Следует отметить, что применение линеаризации на основе двухтактного интегрирования обеспечивает высокую степень помехозащищенности от действия наводок промышленной частоты, что особенно важно в промышленных условиях (п. 8.6).

Второй вариант второго способа несложно выполняется при помощи секционированного нелинейного реохорда в обратной цепи автоматических мостовых измерителей температуры с астатической характеристикой (п. 4.3);

3) совмещение операций измерения и получения обратной нелинейной зависимости в одном устройстве - функциональном аналого-цифровом преобразователе (ФАЦП) (рис. 11.7, в). Этот способ линеаризации целесообразен прн повышенных требованиях к точности и к широте динамического диапазона нелинейного преобразования.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 [ 144 ] 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166