Структура измерительного преобразователя

Измерительный преобразователь можно рассматривать как совокупность чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразующего элемента (ПЭ).

Чувствительный элементвоспринимает измеряемую величину и преобразует ее в другую физическую величину. Далее промежуточный измерительный преобразователь преобразует физическую величину в электрический сигнал, который отражает значение измеряемой величины.

Промежуточные преобразователи

Промежуточным измерительным преобразователем(или сокращенно промежуточным преобразователем) называют элемент, занимающий в измерительной цепи место после первичного измерительного преобразователя. Основное назначение промежуточного преобразователя — преобразование выходного сигнала первичного измерительного преобразователя в форму, удобную для последующего восприятия измерительной информации и для дистанционной ее передачи.

Например, при измерении неэлектрических технологических параметров, таких как расход, давление, перепад давления, уровень многие первичные измерительные преобразователи преобразуют измеряемую величину в смещение. Последующее преобразование смещения в электрический сигнал осуществляется с помощью промежуточных преобразователей смещения: тензометрических, емкостных, пьезоэлектрических, индуктивных.

Тензометрические преобразователи

Изменения формы какого-либо элемента, обусловленные воздействием внешних или внутренних сил, сопровождаются деформацией его поверхности, при этом можно измерить такие физические величины, как силу, давление, перемещение и т. д., и использовать метод тензометрии, основанный на измерении деформаций, при построении преобразователей различных величин. Среди тензометров самое широкое применение нашли тензорезисторы (тензодатчики). Закрепленный на поверхности тензорезистор воспринимает деформации объекта измерения и изменяет при этом свое электрическое сопротивление, которое. может быть далее измерено. Тензорезистор является пассивным преобразователем, поэтому на него необходимо подавать питание от электрического источника напряжения. Чувствительный элемент тензорезистора представляет собой решетку, выполненную из тонкого электрического проводника. В обычном исполнении решетка заделана в тонкопленочную полимерную основу, электрически изолирующую ее от объекта измерения и защищающую от повреждений.

Тензорезисторы имеют малые размеры, малую массу (около 10...500 мг) и малую жесткость. Поэтому характеристики даже небольших объектов измерения практически стабильны, что является особым преимуществом тензорезистора по сравнению с другими тензометрами. Различают металлические и полупроводниковые тензорезисторы.

Емкостные преобразователи

Известно, что емкость конденсатора, образованного параллельными пластинами, зависит от расстояния между пластинами, от площади взаимного перекрытия пластин и значения диэлектрической постоянной среды между пластинами, которые могут изменяться под действием измеряемой величины (рис. 2.1).

Рисунок 2.1. Изменение емкости (С) преобразователя:

а — от расстояния между пластинами; б — от эффективной площади перекрытия пластин; в — от диэлектрической постоянной

Емкостные преобразователи чувствительны к температурным колебаниям и могут выдать неправильный сигнал, когда соединительные провода длинны и обладают сами значительной емкостью.