Структурні схеми засобів вимірювання

Аналіз принципів дії різних ЗВ по їхнім структурним особливостям, дозволяє розділити їх на дві групи із суттєво різними вимірювальними ланцюгами.

1) Перша група – це ЗВ із розімкненою структурою. Структура утворюється ланцюгом із послідовно з’єднаних ланок перетворювачів.

Простішим прикладом ЗВ із розімкненою структурою є комплект для вимірювання температури за допомогою термопари та мілівольтметра (приладу електромеханічної системи). Структурну схема такого комплекту можна надати ланцюгом із послідовно з’єднаних термопари та перетворювачів П1 та П2, які складають прилад електромеханічної системи:

Термопара (U ) П1 (І ) П2 [ М = f(I) ].

На виході термопари одержують напругу термоелектрорушійної сили, яка пропорційна вимірюваній в об’єкті температурі і яка надходить на вхід першого перетворювача П1 вторинного приладу. П1 – це вхідна схема, яка перетворює вхідну напругу U у проміжну величину (вихідний струм І ) іякавикористовується для подальшогоперетворення у вимірювальному механізмі П2 в механічний момент М. Далі момент М перетворюється в кут відхилення повертаючої частини вимірювального механізму приладу, який в свою чергу проградуйований в одиницях вимірюваної температури.

Це структура ЗВ, яка реалізує метод вимірювання - безпосередньої оцінки.

Змінюючи ПВП (датчик), можна за такою структурою отримати вимірювальні пристрої для оцінки різних фізичних величин.

2) Друга група - це ЗВ із замкнутою структурою і являють собою слідкуючі системи автоматичного регулювання з від'ємним зворотним зв’язком,

за наявності якого в цих ЗВ автоматично виконується порівняння його вихідної

величини Хвих із вхідною вимірюваною величиною Хвх.

Замкнута структура утворюється також із ланцюга з послідовно з’єднаних перетворювачів із передавальними функціями, але має у своєму складі ще елемент порівняння ЕП та ланцюг від'ємного зворотного зв’язку, у якому розміщена ланка, наприклад, з коефіцієнтом передачі, що = -1 (замкнута структура з одиночним від'ємним зворотним зв'язком). Ланка змінює знак вихідної величини Хвих, що надходить на елемент порівняння (рис. 2.1). Різниця сигналів на виході елемента порівняння Δ Х = Хвих - Хвх є розузгодження, яке, після підсилення в послідовному ланцюгу перетворювачів, діє на систему таким чином, що система спрямовується прийняти новий стан, в якому різниця (розузгодження) наближається до нуля.

Замкнута структура може бути статичною та астатичною.

Якщо в складі замкнутої структури немає інтегруючої ланки, то вона є статичною:

ЕП Δ Х

Хвх W1 W2 … Wi Xвих

---------------------- ------

Рис.2.1. Статична замкнута структура ЗВ.

В астатичній вимірювальній системі (рис.2.2) в складі структури може бути ввімкнута одна або декілька інтегруючих ланок, які роблять систему з астатизмом певного порядку. Структура астатичної системи першого порядку:

ЕП Δ Х

Хвх W1 W2 … Wi 1/Р Xвих

------------------------- ---------

Рис.2.2. Астатична замкнута структура ЗВ першого порядку.

Прикладами астатичної вимірювальної системи (рис.2.2) є схеми автоматичних мостів та потенціометрів. Астатичні вимірювальні системи характеризуються високою швидкодією та малою чутливістю до змін зовнішніх впливаючих факторів, а основний недолік статичних – наявність статичної похибки недокомпенсації (в них різниця Δ Х не може дорівнювати нулю).