Michał Krysztofowicz Wydz. Elektroniki Kierunek: EiT Nr indeksu: 94640	Miernictwo elektroniczne Temat: Opis właściwości metrologicznych przetworników pomiarowych.
Tematy 1999 r.

1.1. Pojęcia podstawowe i klasyfikacja przetworników pomia­rowych

Przetwornik pomiarowy jest narzędziem pomiarowym przetwarzającym jedną wielkość X, tzw. sygnał wejściowy, w inną wielkość Y, tzw. sygnał wyjściowy, o innej skali, charakterze lub postaci. Sygnał wejściowy X może być bezpośrednio wielkością sygnalizowaną (mierzoną) albo sygnałem związanym z wielkością mierzoną funkcją

Xr = X0+ X

Przetwornik pomiarowy można traktować jak „czarną skrzynkę" wejściem poddanym działaniu sygnału wejściowego X i z wyjściem formującym sygnał wyjściowy Y. Dodatkowo przetwornik może mieć wejścia energetyczne służące do zasilania przetwornika energią ze źródeł zewnętrznych.

Przedmiotem dalszych rozważań są elektryczne przetworniki pomiarowe wielkości elektrycznych, tzn. takie, w których sygnały wejściowe sygnały wyjściowe są przenoszone przez wielkości elektryczne. Omówione będą tylko przetworniki analogowo-analogowe, tzn. takie, w których sygnały wejściowe i sygnały wyjściowe są analogowe. Stosowany dalej termin „przetwornik pomiarowy" powinien być rozumiany jako „elektryczny przetwornik pomiarowy analogowo-analogowy wielkości-elektrycznej".

Sygnałem wejściowym przetwornika pomiarowego może być wartość chwilowa napięcia lub prądu stałego (wolnozmiennego), amplituda napięcia harmonicznego lub impulsowego, wartość średnia, skuteczna lub szczytowa napięcia lub prądu poliharmonicznego (odkształconego), moc czynna prądu przemiennego, częstotliwość napięcia zmiennego okresowo itp.

Zależnie od rodzaju sygnału wejściowego, omówione dalej ,przetworniki można zgrupować w cztery klasy:

— przetworniki napięcia i prądu stałego,

— przetworniki napięcia i prądu przemiennego;

— przetworniki mocy;

— przetworniki wielkości parametrycznych — rezystancji, impedancji i pojemności.

Wśród przetworników napięcia (prądu) stałego i przemiennego można wyróżnić specjalną grupę przetworników tzw. przetworników skali. Charakterystyczną ich cechą są niezmienione przebiegi czasowe sygnału wejściowego i sygnału wyjściowego różniące się między sobą tylko skalą (przekładniki) lub skalą i poziomem energii (wzmacniacze).

Zależnie od rodzaju sygnału wyjściowego będą rozróżniane następujące typy przetworników pomiarowych:

• przetworniki wartościowe dzielone dalej wg rodzaju sygnału na:.

— przetworniki napięciowe,

— przetworniki prądowe,

--- przetworniki napięciowo-prądowe,

— przetworniki amplitudowe dzielone dalej wg. rodzaju nośnika na:

— przetworniki amplitudowo-harmoniczne,

— przetworniki amplitudowo-impulsowe.

Największe znaczenie w technice analogowej przetwarzania wielkości elektrycznych mają przetworniki wartościowe. Pozostałe typy przetworników są stosowane rzadziej jako autonomiczne narzędzia, częściej natomiast jako przetworniki składowe przyrządów pomiarowych i przetworników pomiarowych.

Przetworniki pomiarowe będą oznaczane na rysunkach i schematach symbolami przedstawionymi na rysunkach poniżej.:

Opis rysunku 1: Symbole przetworników pomiarowych: a) ogólny; b) szczegółowy; c) szczegółowy z zaznaczeniem charakteru sygnału; d) szczegółowy z zaznaczeniem charakterystyki przetwarzania;

Przetwornik pomiarowy może być stosowany zgodnie ze swoim przeznaczeniem tylko wtedy, gdy znane są jego właściwości metrolo­giczne, które obejmują w ogólnym przypadku:

— rodzaj i typ przetwornika (rodzaje i zakresy sygnałów przetwa­rzanych);

— równania lub charakterystyki przetwarzania (związki między wartościami sygnału wejściowego i sygnału wyjściowego);

— parametry elektryczne (parametry charakteryzujące przetwornik jako element obwodu elektrycznego);

— warunki pracy;

— parametry dokładności statycznej (parametry pozwalające osza­cować błąd przetwarzania w stanie ustalonym);

— parametry dynamiczne charakteryzujące zachowanie przetwornika

przy sygnałach zmiennych;

— parametry określające inne właściwości przetwornika jak wytrzy­małość mechaniczna, wytrzymałość elektryczna, przeciążalność, iskro-bezpieczeństwo, niezawodność itp.

1.2. Równania i charakterystyki przetwarzania

Przetwornik pomiarowy pracujący w rzeczywistym układzie technicznym jest w pierwszym przybliżeniu traktowany jako narzędzie doskonale spełniające ściśle swój algorytm działania. Model matematyczny takiego przetwornika, zwany modelem idealnym, jest całkowicie dany przez równania przetwarzania wiążące sygnał wejściowy z sygnałem wyjścio­wym. Rozróżnia się równanie przetwarzania proste i równanie przetwarzania odwrotne. Dla przetwornika analogowo-analogowego równania przetwarzania mają postać

Y= f(X)

X= g(Y)

f(X) — funkcja przetwarzania prosta,

g(Y) — funkcja przetwarzania odwrotna.

Obydwie funkcje przetwarzania są ciągłe i jednoznaczne. Wykres funkcji przetwarzania we współrzędnych prostokątnych XY tworzy charakterystykę przetwarzania.

Funkcje przetwarzania większości przetworników można sprowadzić do postaci

Y= f0(X)+Y0

W której:

f0(X) - funkcja zanikająca przy X=0,

Y0 - wartość początkowa (przesunięcie zera).