Термоэлектрические датчики
Термоэлектрический преобразователь (термопара) представляет собой чувствительный элемент, состоящий из двух разных проводников или полупроводников, соединенных электрически, и преобразующий контролируемую температуру в ЭДС. Принцип действия термоэлектрического преобразователя основан на использовании термоэлектродвижущей силы, возникающей в контуре из двух разнородных проводниковA и В, места соединения (спаи) которых нагреты до различных температур (рис. 5.18, а). Знак и значение термоЭДС в цепи зависят от типа материалов и разности температур в местах спаев. При небольшом перепаде Δθ температур между спаями термоЭДС ЕАВ можно считать пропорциональной разности температур Δθ: 
где KsAB - чувствительность термопары.
Если к термопаре подключить милливольтметр с сопротивлением RH, то по значению термоЭДС можно определить температуру (рис. 5.18, б). Чтобы получить достоверные результаты, необходимо один спай термопары, называемый рабочим, поместить в среду с температурой θ1 подлежащей измерению, а температуру θ0 других - нерабочих (холодных; свободных) спаев поддерживать постоянной.
14 Электромашинные преобразователи – тахогенераторы
15 Электромашинные преобразователи – сельсины
Сельсинами называют электрические микромашины переменного тока, обладающие способностью самосинхронизации и применяемые в синхронных системах дистанционной передачи угла в качестве датчиков и приемников. Передача угловой величины в такой системе происходит синхронно, синфазно и плавно. При этом между устройством, задающим угол (датчиком), и устройством, принимающим передаваемую величину (приемником), существуют только электрические соединения в виде линии связи.
Сельсины бывают трехфазные силовые и однофазные, однако в системах управления практически используются только однофазные.
Однофазные сельсины работают в основном в двух режимах. В индикаторном режиме датчик поворачивается принудительно, а приемник устанавливается в согласованное с датчиком положение под воздействием собственного синхронизирующего момента. Этот режим используют в системах контроля угла поворота объекта. Погрешность передачи порядка 0,5°-1,5°.
В трансформаторном режиме датчик поворачивается принудительно, а приемник вырабатывает напряжение, являющееся функцией угла рассогласования. Этот режим наиболее часто используют в системах управления углом поворота объекта.
Для обоих режимов возможны следующие схемы:
а) парная: датчик – приемник;
б) многократная: датчик – несколько приемников;
в) дифференциальная: два датчика- приемник.
Однофазный сельсин может работать как в индикаторном, так и в трансформаторном режимах в качестве датчика и приемника. Однако ввиду специфичности предъявляемых требований выпускаемые сельсины предназначаются для конкретного режима работы.
Основные требования, предъявляемые к дистанционным передачам на сельсинах:
1) высокая статическая и динамическая точности. Статическая точность определяется погрешностью следования в режиме медленного поворота, а динамическая – в режиме вращения с меняющейся по заданному закону угловой скоростью. Погрешность следования дистанционной передачи – это отклонение угла поворота ротора сельсина -приемника от угла поворота сельсина-датчика в положении согласования;
2) способность к самосинхронизации в пределах одного оборота, т.е. свойство системы на сельсинах занимать только одно устойчивое согласованное положение в пределах оборота;
3) сохранение свойства самосинхронизации и заданной точности при высоких угловых скоростях и наличии в системе нескольких приемников.
16 Электромашинные преобразователи – вращающиеся трансформаторы
Вращающимися трансформаторами называют электрические микромашины переменного тока, предназначенные для преобразования угла поворота Θ в напряжение, пропорциональное некоторым функциям угла (например, sinΘ или cos Θ) или самому углу поворота ротора.
Вращающиеся трансформаторы (ВТ) применяют в аналого-цифровых преобразователях «угол – амплитуда –код» и «угол – фаза – код» цифровых следящих систем и систем программного управления промышленными роботами и автоматами; в системах дистанционной передачи угла повышенной точности и в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат.
Возможны несколько режимов работы вращающихся трансформаторов в зависимости от схемы включения их обмоток:
1) синусно – косинусные ВТ, у которых выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки – косинусу угла поворота ротора (СКВТ);
2) линейные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально углу поворота ротора (ЛВТ); получение линейной в определенном угловом диапазоне выходной характеристики сводится к аппроксимации прямой линии функцией типа f(Θ)=sinΘ/(1+C*cosΘ), где С – постоянный коэффициент;
3) масштабные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально входному, и коэффициент пропорциональности (масштаб) определяется углом поворота ротора;
4) датчики и приемники трансформаторных дистанционных передач угла (ВТДП), выполняющие функции, аналогичные трансформаторным сельсинам;
5) преобразователи координат, осуществляющие поворот осей декартовой системы координат или переход к полярной системе координат (построители);
6) индукционные фазовращатели, осуществляющие преобразование пространственного угла во временной.
Основным требованием, предъявляемым к вращающимся трансформаторам, является максимальная точность преобразования угла в напряжение по заданному функциональному закону. В зависимости от условий применения к вращающимся трансформаторам может быть предъявлен ряд специальных требований (см. Введение). Большинство существующих ВТ рассчитано на номинальную частоту 400 Гц, но может работать в диапазоне частот до 4000 Гц.
Конструкция.
Вращающиеся трансформаторы в основном являются двухполюсными машинами. Однако в аналого-цифровых преобразователях «угол – код» и системах дистанционной передачи угла повышенной точности применяют и многополюсные вращающиеся трансформаторы
Погрешности измерений
Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения
Поскольку выяснить с абсолютной точностью истинное значение никакой величины невозможно, то невозможно и указать величину отклонения измеренного значения от истинного. (Это отклонение принято называть ошибкой измерения. В ряде источников, например, в Большой советской энциклопедии, термины ошибка измерения и погрешность измерения используются как синонимы, но согласно РМГ 29-99[1] термин ошибка измерения не рекомендуется применять как менее удачный). Возможно лишь оценить величину этого отклонения, например, при помощи статистических методов. На практике вместо истинного значения используют действительное значение величины хд, то есть значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него[1]. Такое значение, обычно, вычисляется как среднестатистическое значение, полученное при статистической обработке результатов серии измерений. Это полученное значение не является точным, а лишь наиболее вероятным. Поэтому в измерениях необходимо указывать, какова их точность. Для этого вместе с полученным результатом указывается погрешность измерений. Например, запись T=2,8±0,1 c. означает, что истинное значение величины T лежит в интервале от 2,7 с. до 2,9 с. с некоторой оговорённой вероятностью (см. доверительный интервал, доверительная вероятность, стандартная ошибка).
В 2004 году на международном уровне был принят новый документ[2], диктующий условия проведения измерений и установивший новые правила сличения государственных эталонов. Понятие «погрешность» стало устаревать, вместо него было введено понятие «неопределённость измерений»[источник не указан 1394 дня], однако ГОСТ Р 50.2.038-2004[3] допускает использовать термин погрешность для документов, использующихся в России.
Абсолютная погрешность — является оценкой абсолютной ошибки измерения. Вычисляется разными способами. Способ вычисления определяется распределением случайной величины . Соответственно, величина абсолютной погрешности в зависимости от распределения случайной величины может быть различной. Если — измеренное значение, а — истинное значение, то неравенство должно выполняться с некоторой вероятностью, близкой к 1. Если случайная величина распределена по нормальному закону, то обычно за абсолютную погрешность принимают её среднеквадратичное отклонение. Абсолютная погрешность измеряется в тех же единицах измерения, что и сама величина.
Существует несколько способов записи величины вместе с её абсолютной погрешностью.
Обычно используется запись со знаком ±. Например, рекорд в беге на 100 метров, установленный в 1983 году, равен 9,930±0,005 с.
Для записи величин, измеренных с очень высокой точностью, используется другая запись: цифры, соответствующие погрешности последних цифр мантиссы, дописываются в скобках. Например, измеренное значение постоянной Больцмана равно 1,380 6488(13)×10−23 Дж/К, что также можно записать значительно длиннее как 1,380 6488×10−23±0,000 0013×10−23 Дж/К.
Относительная погрешность — погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или среднему значению измеряемой величины (РМГ 29-99): , .
Относительная погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.
Приведённая погрешность — погрешность, выраженная отношением абсолютной погрешности средства измерений к условно принятому значению величины, постоянному во всем диапазоне измерений или в части диапазона. Вычисляется по формуле , где — нормирующее значение, которое зависит от типа шкалы измерительного прибора и определяется по его градуировке:
если шкала прибора односторонняя, то есть нижний предел измерений равен нулю, то определяется равным верхнему пределу измерений;
если шкала прибора двухсторонняя, то нормирующее значение равно ширине диапазона измерений прибора.
Приведённая погрешность является безразмерной величиной, либо измеряется в процентах.