вимірювальний пристрій, призначений для формування на своєму виході сигналу, що функціонально зв'язаний із сигналом вимірюваної інформац З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Вимі́рювальний перетво́рювач— вимірювальний пристрій, призначений для формування на своєму виході сигналу, що функціонально зв'язаний із сигналом вимірюваної інформації на вході[1] у формі, зручній для передачі, подальшого перетворення, обробки та збереження.
Вимірювальна операція, яка здійснюється вимірювальним перетворювачем носить назву «вимірювальне перетворення»[1].
Місце вимірювального перетворювача у структурі системи автоматичного контролю.
На відміну від вимірювального приладу, сигнал на виході вимірювального перетворювача (вихідна величина) безпосередньо не сприймається спостерігачем. Обов'язкова умова вимірювального перетворення— збереження у вихідному сигналі інформації про кількісне значення вимірюваної величини через забезпечення функціональної залежності (переважно, лінійної) між вимірюваною величиною та сигналом на виході.
У структурі давача зазвичай виділяють вимірювальний перетворювач, що безпосередньо пов'язаний з вимірюваною величиною. Первинним вимірювальним перетворювачем, або чутливим елементом, називається перетворювач, який першим взаємодіє з об'єктом вимірювання[1] і видає сигнал вимірювальної інформації. Первинний вимірювальний перетворювач у значній мірі визначає основні технічні характеристики давача.
Основні характеристики вимірювальних перетворювачів:
коефіцієнт перетворення— коефіцієнт пропорційності лінійної залежності вхідного і вихідного сигналів;
чутливість— відношення приросту вихідного сигналу до відповідного йому приросту вхідного сигналу (для випадку лінійної залежності чутливість збігається з коефіцієнтом перетворення);
діапазон вимірювань— різниця граничних величин, що обмежують діапазон вимірюваної величини у якому робота вимірювального перетворювача задовольняє поставленим вимогам. В акустиці, оптиці та деяких інших областях використовується термін динамічний діапазон, що визначається виразом:
де: — кінцеве значення діапазону, що визначається допустимим значенням нелінійних спотворень;
— початкове значення діапазону, що удвічі перевищує рівень власних шумів.
похибка вимірювального перетворення— відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини.
Для успішного застосування вимірювальні перетворювачі повинні мати:
високу статичну і динамічну точність роботи, що забезпечує формування вихідного сигналу з мінімальними спотвореннями;
високу вибірковість— сенсор повинен реагувати лише на зміну тієї величини, для виміру якої він призначений;
стабільність характеристик у часі;
відсутність впливу навантаження у вихідному колі на режим роботи вхідного ланцюга;
високу надійність при роботі в несприятливих умовах навколишнього середовища;
повторюваність характеристик (взаємозамінність);
просту і технологічну конструкцію;
зручний монтаж та обслуговування;
низьку вартість.
За принципом дії
Принцип роботи вимірювального перетворювача може базуватись на використанні практично будь-яких фізичних явищ. Задача полягає в розробці на основі цих явищ принципів дії перетворювачів і доведення їх до конкретних методів та конструкцій, що забезпечували б, у першу чергу, необхідні метрологічні характеристики в заданих умовах застосування. У зв'язку з широким використанням передачі сигналів у вигляді електричних величин класифікація перетворювачів за видом сигналу може бути зведена до наступних видів:
перетворення електричних величин в електричні (подільники напруги і струму, вимірювальні трансформатори, вимірювальні підсилювачі струму і напруги);
перетворення електричних величин в неелектричні (механізми електровимірювальних приладів, що перетворюють величину сили струму чи напруги у відхилення стрілки чи світлового променя, датчики ультразвукових витратомірів іт.д.);
перетворення неелектричних величин в неелектричні (пневматичні вимірювальні перетворювачі, важелі, зубчасті передачі, мембрани, сильфони, оптичні системи тощо).
За виглядом функції перетворення
За виглядом функції перетворення вимірювальні перетворювачі поділяють на три великі групи:
масштабні, що змінюють в певну кількість разів розмір вхідної величини без зміни її фізичної природи;
функціональні, що однозначно функціонально перетворюють вхідну величину зі зміною природи вхідної величини або без її зміни;
операційні, які виконують над вхідною величиною математичні операції вищого порядку— диференціювання чи інтегрування за часовим параметром.
модельні— у випадку, якщо роль перетворювача виконує цифрова модель. У цьому випадку пару «чутливий елемент— перетворювач» називають м'який датчик.
У залежності від виду вихідного сигналу
Аналоговий вимірювальний перетворювач— вимірювальний перетворювач, що перетворює одну аналогову величину (аналоговий вимірювальний сигнал) в іншу аналогову величину (вимірювальний сигнал);
Аналого-цифровий вимірювальний перетворювач— вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення аналогового вимірювального сигналу у цифровий код;
Цифро-аналоговий вимірювальний перетворювач— вимірювальний перетворювач, призначений для перетворення числового коду вимірюваного сигналу в аналогову величину.
За характером перетворення вхідної величини у вихідну
параметричні, до яких відносять резистивні, індуктивні, трансформаторні і ємнісні перетворювачі. Їх широко використовують для перетворення неелектричних величин (переміщення, зусилля, тиску, температури та ін.) у електричні величини (напругу, струм, частоту та ін.);
частотні перетворювачі бувають позиційні і коливальні. Позиційні частотні перетворювачі мають зазвичай укріплений на осі ротора об'єкта профільований диск, який при своєму обертанні модулює сигнал у колі параметричного перетворювача або генерує сигнал у вихідному колі. В коливальних частотних перетворювачах використовуються властивості коливальних систем різної фізичної природи;
фазові перетворювачі перетворюють вхідну величину у фазовий зсув вихідної змінної напруги. Відлік фазового зсуву ведеться від опорної напруги, якою найчастіше береться напруга живлення. Використовуються фазові перетворювачі для вимірювання як електричних, так і неелектричних величин.
Вимірювальні перетворювачі (сенсори): підручник / В.М.Ванько, Є.С.Поліщук, М.М.Дорожовець та ін.; за ред. Є.С.Поліщука; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т «Львів. політехніка».— Львів: Вид-во Львів. політехніки, 2015.— 584 с.: іл.— Режим доступу: .— Тит. арк. парал. англ.— Бібліогр.: с. 577—580 (88 назв).— ISBN 978-617-607-777-0
Васюра А.С. Елементи та пристрої систем управління і автоматики. Вінниця.: ВДТУ, 1999.— 157 с.
Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. М.: «Радио и Связь», 1989.— 256 с. ISBN 5-256-00296-1
Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие. Перевод с английского Сычева Е.И. М.: «Энергоатомиздат», 1991.— 144 с. ISBN 5-283-02509-8
Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: Підруч. для студ. / Є.С.Поліщук; Держ. ун-т «Львів. політехніка».— Л., 2000.— 359 c.