Федеральное государственное  образовательное  учреждение высшего

     профессионального образования "Чувашский государственный

     университет имени И.Н. Ульянова" 
 
 
 

Факультет Управления и психологии

Кафедра Управления качества 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

По дисциплине «Методы и средства измерений, испытания и контроля» 

Тема. «Преобразователи» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Исполнитель:

     студентка группы ЗУК-53-11

     Кузьмина  Елена Константиновна

Проверил преподаватель:

                                          Прохоров А.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чебоксары 2011

 

Оглавление

 
 

 

История

     Измерительный преобразователь (далее ИП), средство измерений, преобразующее измеряемую физическую величину в сигнал для последующей передачи, обработки или регистрации. В отличие от измерительного прибора, сигнал на выходе преобразователя (выходная величина) не поддаётся непосредственному восприятию наблюдателя. Обязательное условие измерительного преобразования — сохранение в выходной величине информации о количественном значении измеряемой величины. Измерительное преобразование — единственный способ построения любых измерительных устройств. Отличие измерительных преобразователей от других видов преобразователей — способность осуществлять преобразования с установленной точностью. Измерительное преобразование одного и того же вида (например, температуры в механическое перемещение) может осуществляться различными ИП (ртутным термометром, биметаллическим элементом, термопарой с милливольтметром и т. п.). Концепция представления измерительных устройств как устройств, осуществляющих ряд последовательных преобразований от восприятия измеряемой величины до получения результата измерения, первоначально была выдвинута в СССР М.Л. Цукерманом и окончательно сформулирована применительно к измерению неэлектрических величин Ф. Е. Темниковым и Р. Р. Харченко в 1948. В 60-х гг. эта концепция стала общепризнанной во всех областях измерительной техники, приборостроения и метрологии.

     Принцип действия ИП может быть основан на использовании практически любых  физических явлений. Господствующей тенденцией в 40—70-х гг. 20 в. стало преобразование любых измеряемых величин в электрический сигнал

     В 60-х гг. наметилась тенденция преобразования измеряемых величин в частоту  электрических импульсов с помощью  так называемых частотных преобразователей. Такие преобразователи разработаны почти для всех известных физических величин. Основные достоинства частотных преобразователей — простота и высокая точность передачи их выходной величины (частоты) по каналам связи, а также относительная простота цифрового отсчёта результата измерения с помощью цифровых частотомеров. В цифровых измерительных устройствах широко применяются преобразователи аналоговых величин в цифровой код и наоборот. В них используются принципы как частотных преобразователей (интегрирующие аналого-цифровые), так и программного уравновешивания (время-импульсные и поразрядного кодирования аналого-цифровые преобразователи). 

 

     Виды преобразователей

     Преобразователи бывают разных видов, рассмотрим некоторые  из них: по виду преобразуемых величин; по характеру преобразования; по месту в измерительной цепи; по принципу действия; по другим признакам

     По  виду преобразуемых  величин различают ИП:

1. электрических величин в электрические;
2. электрических — в неэлектрические;
3. неэлектрических — в электрические;
4. неэлектрических — в неэлектрические.

     Примерами первых могут служить делители напряжения и тока, измерительные трансформаторы, измерительные усилители тока и напряжения; примерами вторых — механизмы электроизмерительных приборов, преобразующие изменение силы тока или напряжения в отклонение стрелки или светового луча, датчики ультразвуковых расходомеров и т. п.; примерами третьих — термопары, терморезисторы, тензорезисторы, фотоэлементы, реостатные, ёмкостные и индуктивные датчики перемещения; примерами четвёртых — пневматические преобразователи, рычаги, зубчатые передачи, мембраны, сильфоны, оптические системы и т. п.

     По  характеру преобразования различают ИП:

1. Аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);
2. Аналого-цифровой измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;
3. Цифро-аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

 

     По  месту в измерительной  цепи различают ИП:

1. Первичный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Первичный измерительный преобразователь является первым преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;
2. Датчик — конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;
3. Детектор — датчик в области измерений ионизирующих излучений;
4. Промежуточный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

     По  принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

     По  другим признакам ИП делятся:

• Передающий измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;
• Масштабный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз.

 

Состав и назначение преобразователей

     Аналитические измерения представляют собой преобразование измеряемой величины, являющейся информативным  параметром анализируемой среды  (информативный параметр — параметр, несущий информацию о измеряемой величине), и сравнением ее с мерой. Обычно они проводятся с помощью совокупности измерительных преобразователей, включающей следующие виды измерительных преобразователей:

     ИП1: измерительный преобразователь типа состав - состав, обеспечивающие масштабные преобразования анализируемой пробы. Проба характеризуется информативным параметром С (содержанием измеряемого компонента) и комбинацией неинформативных параметров Сн, к которым относятся содержание неопределяемых (мешающих) компонент и термодинамические параметры анализируемой среды. При прохождении через ИП1 происходят процессы очистки, сушки, изменения температуры и давления смеси до требуемых величин и, после этих преобразований анализируемой среды, отбор ее требуемого количества. ИП1 обычно называют блоком отбора и подготовки пробы;

     ИП2: измерительный преобразователь типа состав - свойство, обеспечивающие преобразование измеряемой величины С в то или иное физико-химическое свойство, удобное для последующего измерения и регистрации. Во многих случаях это преобразование идет в два этапа: получение промежуточного продукта в жидкой либо твердой фазе с содержанием компонента Ynpом(C), а затем его преобразование в свойство Ф(Ynpом)

     ИП3: измерительный преобразователь типа свойство - выходной сигнал, обеспечивающие преобразование измеряемой величины в выходной измерительный сигнал W. Обычно это преобразование также осуществляется в два этапа: в промежуточный сигнал Wnpом(Ф) и затем в выходной сигнал W(Wnpом). При этом преобразование Wnpом в W— это преобразование одной электрической величины в другую.

     Получив с помощью совокупности измерительных  преобразователей выходные сигналы  от анализируемого объекта, по калибровочной зависимости производят сравнение измеряемой величины с мерой и вырабатывают оценочные значения С* измеряемой величины С.

     Эта совокупность измерительных преобразователей не укладывается в приведенную классификацию, т. к. измеряемая величина непосредственно  воздействует не только на первый измерительный  преобразователь измерительной цепи, но и на их совокупность, включающую ИП1, ИП2 и первый преобразователь группы ИП3. При этом только второй преобразователь группы ИП3 является промежуточным.

     Отсюда  следует, что в аналитических  приборах роль первичного измерительного преобразователя выполняет совокупность измерительных преобразователей, осуществляющая последовательное, в несколько этапов, преобразование измеряемой величины в измерительный сигнал.

 

Область применения преобразователей

     Преобразователи могут быть применены в составе измерительных приборов и систем, обеспечивающих получение, в том числе при учетно-расчетных операциях, информации о физических величинах, характеризующих объект измерений, а также в составе систем автоматического регулирования.

     Области применения датчиков чрезвычайно разнообразны. Благодаря внедрению новых технологий изготовления (высоковакуумное напыление, распыление, химическое осаждение из газовой фазы, фотолитография и т.д.) и новых материалов непрерывно расширяются сферы их применения. Рассмотрим лишь некоторые из них.

     В промышленной технике стандартные датчики используют для измерения: расхода, объема; давления; температуры; уровня; химического состава.

     Из  стандартных датчиков все большим  спросом пользуются датчики новых типов, например:

• датчики положения, перемещения и изображения;
• оптические и волоконно-оптические датчики;
• биодатчики (биотехнология);
• многокоординатные датчики (распознавание образов).

     Для современных производств характерна тенденция применения датчиков в интерактивном режиме, т. е. когда результаты измерений сразу же используются для регулирования процесса. Благодаря этому в любой момент обеспечивается корректировка технологического процесса, что естественно ведет к более рациональному производству. При промышленном применении определяющим фактором является погрешность, которая при регулировании процессов должна быть не более 1 ...2 %, а для задач контроля – 2 ... 3 %.

     В робототехнике, которая в принципе представляет собою сложную информационную систему, робот обеспечивает получение, обработку и преобразование информации. При получении информации через датчики роботу требуется, прежде всего способность «видеть» и «ощупывать», т.е. использование оптических и многокоординатных датчиков.

     При изготовлении датчиков для автомобильной электроники все в большей мере применяют современные технологии, обеспечивающие экономичное изготовление датчиков минимальных размеров для отдельных систем автомобиля (рулевое управление, двигатель, тормоза, электроника кузова), для обеспечения безопасности и надежности (система блокировки и противоугонная система), информационная система (расход топлива, температура, маршрут движения и т.д.). С помощью этих датчиков измеряются различные физические параметры - температура, давление, скорость вращения, ускорение, влажность, перемещение или угол, расход и т. д. Требования к этим датчикам в отношении воздействия окружающей среды достаточно высокие.