как положительные, так и отрицательные значения физической величины (например, ±60 °С - симметричный диапазон; от -20 до -flOOX - несимметричный диапазон).

В терминах «черного ящика» (рис. 3.1) измерительный преобразователь является довольно простым устройством. Он имеет чувствительный элемент, воспринимающий непосредственно измеряемую величину, преобразующий элемент- (его работа основана на одном из принципов преобразования, описанных в гл. 2), генерирующий некоторый электрический выходной сигнал в зависимости от значения изм»фяемой величины, и, возможно, некоторые схемы возбуждения (и/или формирования сигнала).

Измеряемая Величина

Витепь-ныйзле-\j4eHm

Преора-эующий злемент

\Входное L \ со против- I • пение h

Источник питания

Рис. 3.1. Повторение рис. 1.4, иллюстрирующее в виде структурной схемы конструкцию измерительного преобразователя

Преобразователь подключается к источнику питания (котбрый может быть внутренним либо его может не быть вообще) и нагрузке. Питание требуется в преобразователях (за исключением пассивных преобразователей) для обеспечения их точной работы и может обеспечиваться либо источником напряжения, либо источником тока.

Сопротивление источника питания Zs называется сопротивлением источника; сопротивление преобразователя Zin по отношению к источнику питания выступает в качестве входного сопротивления. Сопротивление кабеля между источником витания и преобразователем всегда рассматривается как часть сопротивления источника.

Выходное сопротивление Zout - это сопротивление на выходных клеммах преобразователя. Сопротивление, прикладываемое к выходным клеммам преобразователя, является сопротивлением нагрузки преобразователя Zl. Любое сопротивление кабеля между преобразователем и нагрузкой всегда рассматривается как часть сопротивления

нагрузки. Согласование преобразователя с измерительной системой осуществляется путем тщательного учета рассмотренных сопротивлений.

Источник питания и выходной сигнал электрически полностью.изолированы друг от друга или имеют общий , провод.

Обратные провода обычно электрически изолированы от корпуса преобразователя и могут быть заземлены либо являются «плавающими» в зависимости от устройства заземления, используемого в системе.

Внещний вид измерительного прибора зависит от типа используемого в нем преобразующего элемента. Поскольку последний размещается в корпусе, следует принимать во внимание его конструкцию. Она должна обеспечивать:

1) установку и управление работой прибора;

2) защиту от повреждений при воздействии на прибор измеряемой величины и внещних условий;

3) правильный интерфейс между преобразователем и измерительной системой.

Выбор преобразователя, удовлетворяющего требованиям стандартов на электрические характеристики, и определение соответствия механических свойств выбранного преобразователя перечисленным выше требованиям должен производить инженер, решая вопрос о пригодности прибора для выполнения заданной измерительной функции. Бессмысленно, например, производить измерение температуры азотной кислоты, погружая термометр , с металлическим корпусом в жидкость. Подробнее эти вопросы будут рассмотрены ниже.

При выборе преобразователя необходимо учитывать его характеристики. В общем случае следует рассматривать четыре основные группы характеристик преобразователей.

1. Статические характеристики, описывающие свойст-" ва преобразователя, работающего в лабораторных условиях с малыми или даже нулевыми изменениями значения измеряемой величины без механических перемещений (если только перемещением не является сама измеряе-, Мая величина). Здесь речь идет о точности, разрешающей способности линейности, чувствительности, гистерезисе и повторяемости характеристик. Лабораторные условия трудно определить, однако обычно принимают, что тем-"

пература в этих условиях составляет 25 °С, влажность 90 % и менее, давление (100±10) кПа.

2. Динамические характеристики, определяющие свойства измерительного преобразователя, работающего в лабораторных условиях при быстром изменении измеряемой величины без перемещений преобразователя. Одной из важнейших характеристик, относящихся к динамической работе преобразователя, является уже определенное в гл. 1 время срабатывания, т. е. время, в течение которого устанавливается выходной сигнал преобразователя в ответ на изменение значения измеряемой величины.

Важно сделать так, чтобы любой преобразователь, измеряющий какую-либо величину, имел такой выходной сигнал, который отражал бы значение измеряемой величины в текущий момент времени. Другими словами, должна всегда существовать малая задержка между изменением значения измеряемой величины и ее отражением в измерительном сигнале. Эта задержка определяется главным образом временем срабатывания преобразователя и связанными с этим временем параметрами.

Когда рассматривается время срабатывания, обычно предполагается, что изменение измеряемой величины происходит скачком, т. е. мгновенно от одного значения к другому.

Линейная реакция первого порядка

На рис. 3.2 представлена диаграмма ступенчатого изменения измеряемой величины и возможная реакция на него в виде изменения выходного сигнала преобразователя. Отметим некоторые особенности приведенных на этом рисунке кривых.

Во-первых, кривая (называемая переходной характеристикой) является экспоненциальной и время нарастания выходного сигнала от начального значения до 63,2 % конечного значения называется постоянной времени и обозначается специальным символом т. Во-вторых, по прошествии времени, равного 2т, выходной сигнал достигает 86,5,% конечного значения. После того как пройдет время, равное Зт, выходной сигнал достигает 95 %, после 4т - 98,2 %, и наконец, по- прошествии 5т - 99,3 %.

Фактически выходное значение сигнала после каждого временного интервала т равняется 63,2 % разности