1. OPCE ZNM:AJKE MJERNIH PRETVORNIKA

Da bisrno rnogli poblize opisati rnjerno podrucje, vladanje i uvjete primjenernjernib pretvornika, definiramo odredene znacajke (karakteristike) prerna kojimaib onda ocjenjujerno i prirnjenjujerno. Znacajke rnjernih pretvornika prikladno jesvrstati na ove skupine: ulazne znacajke, izlazne znaeajke, pzijenesne zna-cajke, sklad s okolinom i pouzdanost. Prornotrimo svaku od skupina za-sebno.

1.1. ULAZNE ZNACAJKE

Ulazne su znacajke mjernog pretvornika mierena velicina, rnjerno podrucje imjerni opseg. Mjerena velicina stanovita je velicina 8tO je treba osiecati i pretvori-ti u mjerni signal. Primjeri rnjerenih velicina su temperatura, sila, svjetlost, napon,brzina, vlaznost, gustoca, protok, ubrzanje, Mjerena velicina jest ulazna velicina iIiukratko ulaz rnjernog pretvornika. Mjerno podrucje obuhvaca vrijednosti mje-

aI

-100 -50 aI I I

C

MPaQ5 \0 \5I I I

a) jednostrano mjerno podrutje-40 -30 -20 -10 a +10 +20 +30 +40

I I I I I I I I I(UA

5 0 5 10 15 20' I I I I I I

kNb) dvostrano mjerno podrucje

190 200I I

160I

140I

c) mjerno podrucje s potisnutomnlsticorri

130I

C120I

110I

af- - --+--+---+---+--+-+--+---+---+=---+=--.::.j

Slika 1.1 IlustraclJa razlltitlh mlernlh podrucja na brojnom prevcu

11

rene velicine za koje se dani pretvornik moze up otrebljavati. Izrazava se pomocu naj-vece i najmanje vrijednosti mje rene velicine. Mjerni opseg jest razlika vrijednostimjerenih velicina na gornjoj i donjaj granici mjernog podruc ja.

Neka kao primj er posluzi mjerni pretvornik temperature, kojemu je m jernopodrucie -50C do + 150C . T emperatura -50C jest donja granica podrucja, atemperatura + 150C gornja je granica podrucja, M jern i opseg ovog pretvornikarazlika je 150C - (-50C) = 200C.

U zme li se nistica mjerene velicine kao sta jaliste , m jerna podrucja se mogu raz-Iikovati ovako : jednostrano, dvostra no si met rfcno i asirnetrfeno, s potis...nutom nisticom. Taka svrstana podrucja na brojnom pravcu predocena su na slid1.1. jednostrano mjerno podrucje ima za jednu od granica nist icu ; npr. pretvorniktlaka mjernog podr ucja 0 do 1.5 MPa, pretvornik temperature mjernog podrucja- 100C do OC . Pri dvostranem m jernem podruciu donja i gornja granica jesu vri-jednosti suprotnih predznaka ; npr . ampermetar mjernog podrucia - 40 do + 40p.A, pretvorn ik sile mjerneg podruc ja - 5 do 20 kN. Pri mjernom podruciu s po-tisnutom nisticom obje su granice istog predznaka; npr. stakleni zivin termometarmjernog podrucja + 100C do + 200"C, pretvornik ubrzanja m jernog podrucja0,10 do 0,25 m/s'.

1.2. IZLAZNE ZNACAJKE

Mjerni signal, podruc] mjernog signala, vrsta mjernog signala,izlazna i m pedancij a i um izlazne su znacaike mjernog pretvornika. U poglavl juo informaciji i signalu pokazali sma kako se vri jednost izlazne velicine mijenja za-visno od vrijednosti mjerene velicine, te da je ta vri jednost uvijek informaciia 0mjerenoj velicini, Zato se izlazns veli cin a mjernog pretvom ika i zove mjernisignal . M jern i signal je u nacelu kont inuirano promjenljiva velicina, po oblikuana logna (odgovarajuca) prom jenarna mjerene velicine . T ek su u posljednje dobarazvijeni i pretvornici s diskretnim mjernim signalom, koji vrijednosti mjerene ve-licine daju u brojcanom obliku. Takav se mjerni signal prema engleskom jeziku na-ziva digitalnim (eng!. digit = brojka*). pa se i za mjerni pre tvornik upotrebljavapojarn digitslni pretvornik. Slicno se 0 kontinuiranom mjernom signalu govorikao 0 analognom, a za mjerne pretvornike upotrebljava se pojarn analogni pret-vornik .

P odr ucje mjernog signals odredeno je nacionalnim standardima koji suuglavnom medunarodno uskladeni. Taka proizvodaci iz razlicitih zernalja nudemjerne pretvornike s podudarnim podrucjern mjerno g signala, ili, kako se cestoskraceno govori, s podudarn im izlazom. T o su ova podrucja :a) struj ni elektri cni m jerni signal : odo 1 rnA, 0 do 5 rnA, 0 do 20 rnA, 4 do 20

rnA iii 0 do 50 rnA ;b) naponski elektricni mjerni signal : 0 do I mY, 0 do 15 mY, 0 do lOOmV iii 0

do 3V;

'" Obratite pozo most na razliku polmova broika (~ digi t) i br oj (~ humber). Brei 27 napisan sdviie brojke : 2 i 7.

12

c) pneumaticki tlacni mierni signal '": 20 do 100 kPa (0,2 do I kpjcm"), 0 do 100mmH,O iii 20 do 100 mmH,O.

T ako standar dizirana podrucja m jernog signala prilagodena su s ulazirna svihrazlicitih sprava iii uredaja za posrupan ie signal irna, ulazirna pokaznih instrumena-ta, zapisnih sprava itd. (npr. u1azirna pojacala, regulatora, ampermetara, voltme-tara, manometara, pisa la itd.) .

Izlazna impedancija karakterizira vladanje mjernog pretvorn ika kad je po -vezan s iduc im stupnjem m jernog lanca ; kaze se : kad je opterecen , Opceni to sepojmom irnpedancija izrazava zavisnost sinusno promjenljive velicine (npr. na-pona, tlaka, sile) i druge pridruzene velicine (npr. str uje, brzine) koja [e posljedican iezina djelovanja. Treba jos dodati da je to zavisnos t u ustal jenorn stanju . Posto-janie izlazne irnpedancije predocuje se tako da se izlaz m jernog pretvornika prika-zuje serijskom vezom izvora m jemog signala i irnpedancije. Pri tom se kao vrijed-nost rnjernog signala na izvoru uzima idealna vrijednost sto b i je davao neopte-receni pretvornik. Oznacit cerno ttl vrijednost sa Ymo' dok cemo stvarnu vrijednostmjernog signala, sto postoii pri opterecenju rnjernog pretvornika, otpornikom rad-nog otpora R oznaciti sa Y mso Stvarna vrijednost mjernog signata, Ymu bit ceto vjernija idealnoj vrijednosti mjernog signala Ym" sto je bolji sklad vrijed-nosti izlazne irnpedancije prervorn ika i irnpedancije t ereta, ti. u1azne irnpedancijeiduceg stupnja. Zato se toi znacajki i pridaje osobita pozomost.

pornocniizvor

mjerenavelicinc

R,Uo

pretvornik

Slika 1.2 Tumafen)e utjecaja izlaznog otpora mjernog pretsemt-ka na mlernl signal

Kad je mjerni signal izmjenicni clektri cni napon , tada je izlazna imp edancija,ZI) ornjer idealne vrijednosti elektricnog napona, U0 ) naorvorenim izlaznirn stezaljka-rna i struje, I , sto bi tekla da su izlazne stezaljke kratko spojene. Dakle, Z, = U011.U pretvom iku s istosm jemirn elektricnirn naponom kao mjernirn signalom izlaznaimpedancija jest radni otpor, Rt) pa govorimo 0 Izlaznom otporu rniernog pre t-vornika. Na primjeru takva prervornika pokazat cerno utjeca] izlazne impedancijena m jerni signal. Primjer ilustrira slika 1.2.

U prornatranom prirnjeru idealna vrijednost mjernog signala oznacena je saU" izlazni otpor sa R 1 i otpor tereta sa R T Srvarna vrijednost naponskog m jernog

Pr ijelaz na Medunarodni sustav jedinlca uvjetovao je potpun u zam jenu standarda za t lacni mier-ni signal, pa je time nedopustena upotreba podrucja mie rn og signala 0 do JOO mm H 20 i 20 do100 mm H 20 i u potreba jedinice kpjcm",

13

signala oznacena je sa Us, a strujnoga mjemog signala sa f , . Zavisnost vrijednostiU, i I, od vrijednosti U, lako je odrediti pornocu Kirchhoffova zakona za promatranikrug

U, - f,R, - f,R T = O.

Tako za struini mjerni signal vrijedi

a za naponski mjemi signal

Lako je uociti da podudarnost vrijednosti stvarnih m jernih signala s idealnomvrijednosti bitno zavisi od vrijednosti izlaznog otpora (iii izlazne impedancije). Naj-povoljnije bi bilo ostvariti takve vriiednosti R, da pretvornik s naponskim mjemimsignalom daje U, :::; Uo> a pretvomik sa struinim mjernim signalom I, :::; ~, U, .Prema tome se i uskladuju izlazne impedancije mjernih pretvornika.

U prvom se slucaju izraz za Us maze preurediti taka da glasi

1R,/RT + I U,.

Zeljena se zavisnost Us ~ Uo ostvaruje dakle, uz RdRT ~ 1, sto znaci da izlaznaimpedancija mora biti rnnogo manja od ocekivane impedancije tereta. Kad ie totako , reci cerno da se pretvomik vlada kao izvor napona iIi naponski izvor.

U drugom se slucaju preureduie izraz za I, tako da glasi

Sada treba ostvariti RT/R , ..: I, sto ce dati t , :::; ~, U, nezavisno od R. Znaci mjer-ni pretvornik mora imati izlaznu impedanciju mnogo vern od impedancije tereta,pa cemo reci da ima svojstvo izvora struje iii strujnog izvora.

Primjenjuje se jos i takvo uskladivanje koje omogucuje prijenos najvece mo-guce snage s mjernog pretvornika na iduci stupanj. To se uskladenje postize tak-vim izborom otpornika opterecenja da je RT = R I Kad vrijednost izlazne irnpe-dancije ne pripada ovim posebnim slucajevima, potrebno ie na prikladan nacinuskladiti vrijednost ulazne impedancije iduceg stupnja S njenom vrijednosti. Neostvari Ii se ova prilagodba, nastat ce vee spomenuti nesklad idealnog i stvarnogmjernog signala. Razlika njihovih vri jednosti zove se pogreska tereta,

14

Slicno elektricnoi impedanciji definira se i rnehanicka impedancija. Opcenitovrijedi da je mehanleka impedancija Zm omjer sile, F, i protoka, q, iii tlaka Pi brzine, v ,

Ako je djelatna sila pobudena pneumatskim iii hidraulickim mjernirn signalom,t]. prornjenorn tlaka plina iii kapljevine, posljedica ce biti gibanje plina iii kaplje-

. I . k) Z P iii' Njm' NVille (vo umm proto : m = - - -j - ~ -'-j .v m rs m s

D praksi je za rnehanicke mjeme pretvornike cesto prilicno tesko racunati me-hanicku impedanciju, pa se upotrebljava jos jedna znaca jka : mehanieka statiekakeutost, Mehanicka staticka krutost jest omjer sile i pomaka. Oznacuie se sa S,pa ako izlaznu mehanicku staticku kru tost mjemog pretvornika oznacimo sa S"a sa ST rnehanicku staticku krutost opterecenja, maze se izvesti izraz za zavisnoststvarne i idealne vrijednost i mjemog signala , Y. i y " ovog oblika

Kao primjer izracunavanja mehanicke staticke krutosti i analize sklada ' ideal-nog i stvarnog mjernog signala sluzir ce nam sada dilatacijski pretvomik tempera-ture. N jegov smo rad vee prije opisali, a prikazan je i slikom 2.10. Mjemi signaltog pretvomika ie pomak, pa cerno pokaznu spravu s perom prornatrati kao niegoviduci stupanj, ti. opterecenie. To je opterccenje uzrok promjeni staticke karakteris-like koju se zeli istraziti ,

Uzete su ove oznake : k. - konstanta pera pokazne sprave, Njm, I, - dulji-na mjernog pretvornika pri sobnoj temp eratu ri, m, ,11- pomak prouzrocen pro-mjenom rnjeren e temperature L1 T, ill , Ul i a2 lineami koeficijenti sirenia tuljca istapa, I jK, E - modul elasticnosti stapa, N jm', A - povrsina pres ieka tul jca,m- , F - sila, N . Zatim je uzeto da je dilatacija tuli ca ,11. priblizno jednaka pomaku,11; ,11, ~ ,11, i ,11 = I, (u , - u, ) ,1T "" l,u,,1T = ,11.

Mehanicka staticka krutost pokazne sprave (opterecenie) jestF F

ST = 7f = Fjkp

= k. ,

gdje je d mjerni pomak, a F sila potrebna da se taj pomak izvede.Mehanicka kru tost dilatacijskog pretvomika moze se odrediti pojednostavn ji-

vanjem, ako se uzm e da dilataciju pobuduje sila uzrokovana u tuljcu promienommjerene temperatu re. Time je zanemarena dilatacija stapa i pretpostavljeno je dastap sarno prenosi pomak na pokaznu spravu. Sila u tuljcu jest F, "" ,11, EA jl , .Zamjenom ,11, = I, u ,,1T moze se izraziti prema ternperaturi, pa se tako dobijeizraz za trazenu rnehanicku krurost pretvornika

15

Sad se moze izraziti i odnos srvarne m jerene vrijednosti pomaka Y. (daje gapretvornik u slogu s pokaznorn spravom !) i teorijske vri jednosti zl I . Povezuje ih izraz

.:JT kp 1Y, = S S Lll = EA .u E A - - d l.

T + o - .... k + 1l . IT .0To ie i ujedno izraz kojim mozemo odrediti nastale promjene staticke karak teristikepod utjecajem opterecenja.Dobiveni izraz pokazuje da se podud arnost vrijednosti Y. i Ll l moze uciniti to boljom:o je clan EA /lok. u nazivniku manji od I. T reba, dakle, pretpos taviti brojcanevrijednosti pojedinih parametara rnaterijala tuljca, pa uz pretpostavku EA /lok.< I odrediti red vrijednosti konstante pera pokazne sprave. Racun pokazuje da iepotrebno pero s konstantom reda I kN/mm.

1.3. PRIJENOSNE ZNACAJKE

Pri jenosne znacajke obuhvacaju sve razlicite pojedinosti zavisnosti mjerno gsignala od mjerene velicine , Mogu biti staticke i dinarnicke. S njima smo se upoznal ina primjeru staklenog termometra u poglavlju 0 informa eiji i signalu (vidi T erneljiautomatike I).

SlalicRe karahteristikeOznacimo Ii mjerenu veli cinu sa y, a mjerni si gna l sa Ym, tada je staticka

karakte ristika zavisnost Ym =1 (y)Prikazu je se na nacin predocen na slid 1.3, unutar graniea m jernog podrucja.

Prikazane su staticke karakteristike mjernog pretvornika tiaka i mjernog pret-vorn ika temperatu re. Na apseisi se nanose vrijednosti u postocima punog mjernogopsega (oznacit cerno ih %PM O), a na ordinati vri jednosti u postoeima pu nogopsega vrijednosti izlaznog signa la (oznacit cemo ih % IZLA Z )

Stvarna sta ti cka karakteristika odstupa od idealne iii teorijske sta-tieke karakteristike i rnoze se pisati kao zavisnost

Yms = Ym + Engdje je sa Y ms oznacena stvar na vrij ed nost mjernog signa ta, a sa ET sveu-kupna pogre!ika mjernog pretvornika.

Za mjerni se pretvornik moze pretpostaviti idealna staticka karakteristikaako se uzme da je pretvornik idealno zamisljen i da je izveden od idealnog mate-ri jala. Izlazna velicina takva pretvornika odgovarala b i po obliku i vrijednosti mje-reno; velicini, Stva rne su okolnosti, medutim, drugacije, a pretvorba mjerene ve-licine u mjerni signal zbiva se 'pod ut jecajern razlicitih nezeljenih, ali cesto i neiz-bjezivih djelovanja. Odatie i pogreUa m jer nog pretvornika. Definirana je kaoalgebarska razlika Izmjerene (kaze se i pokazane) vrijednosti i teorljske vri-jednosti mjerene velicine, Pogreska idealnog prervornika bila bi n istica",

* Pltania mjerne pogreske i tocnosti mjernih pretvornika, mieri la i mierni h ur edaja pre dme t suteorije mjerenJa, posebno teoriie pogreske mjerenia. 0 pogresci mieren]a vidi na str. 23--47u V. Bego, Mi erenia u elekrrotehnici , 3. Izdanje, T ehnicka knjiga, Zagreb, 1976.

16

'.00 >15,00 E

CoQ.

12,00 2'2

~

'"900 .~, Etil.9.!!!6,00 . ..

2,21

3,00 VI'2N,g

0.00 .!::!100

mjerena velicinc =tlak,MPaD,2O 0,00 0,60 0,80

10 W m ~ 50 60 70 00 00'f, punog mjernog opsega ('f, PMO)

9u V/70 /V50 /1/40 V30 /2v 1/Iv V

o

0,001

a)

N,g.!::!:e

6,00 ~.5i2

2fXJ'lii"g

00 .21til'2l:j

fXJ .t:!

00ID W ~ ~ 50 60 70 00 00 ~

'Iopunog mjernog opsega ('10 PMO)o

0 VV0 /' 10 VV 1

0 / 8,./0 /"0 V 4

u /0

32

1

mjerenavelitina atemperatura, 'C.so -25 0 .2 5 -sc 75 100 125 ISO 175 200

100 20fXJ9

8

b)

7

N 60.9.~ 50;-: ,

Slika 1.3 Prlkaz n8~lna predol:lvanJa statll:ke karakterlstlke mler-nog pretvornlka. Prlkazane su: a) ,'sllfka karakterlsllkamJernog pretvorn lka t1aka mjernog opsega 0 do 1 MPaI b) statll:ka karakterlstlka mJernog pretvornlka tempe--rature mJernog opsega -50 e do 200 "e

2 TEMELJI AUTOMATIKE 17

Srvarna se stati cka karakteristika odreduje eksperimentom. Postupak odrediva-n ja staticke karakterist ike naziva se bazdarenje rn , a upotrebljava se i pojam kali-briranje. Pojam bazda renja je tu rcizam perzi jskog podrijetla, a poiarn kalibriranjeje grckog podrijetla . Bazdareniu se pristupa ovako :prvo, proucava se nacin dielovanja i izvedba pretvornika, pa se uz mjerenu ve-

Iicinu od reduju i druge rnoguce utiecaine (ulazne) velicine ;dr ugo, odredu ie se koje od ulazn ih velicina utiecu bitno na rad pretvornik a s

gledista predvidene primjene;trece, izabire se oprema kojom ce se odabrane ulazne velicine rnoci prema potre-

bi mijenjati unutar odredenog podrucja iii odrzavati na sta lnoj vrijednosti;cetvrto, trazena staticka zavisnost izlazne od ulazne velicine dobije se odrzavanjem

[ednih ulazn ih velicina na stalnoj vrijednosti i mijen ianjem vri jedn ostidrugih uz zap isivanje vrijednosti izlazne velicine.

h

lpa~

Neka kao primjer posluzi mjerni pretvornik razine prikazan na slid 1.4. Toje primjer pretvornika razine kapljevine u tlak zraka. Kroz cijev uronjenu u sprem-nik s kapljevinom puse se preko suzenja zrak pod dovoljno velikim tlakom da mozesvladatihidrostaticki tlak kapljevine na izlazu iz cijevi. Hidrostaticki tlak na izlazuiz cijevi razmjeran je visini srupca (razini) kapljevine, h, gustoci kapljevine, (], iubrzanju sile teze, g; P = ogh. Tlak pojnog zraka, Po' koji je veci od hidrostatic-kog tlaka, p, svladat ce hidrostaticki tlak i zrak ce u rnjehuricima izlaziti na povr-sinu kapljevine. Pri tom se u dijelu cijevi odvoienorn suzenjem stvara ravnoteznostanje: tlak u cijevi jednak je hidrostatickom tlaku. Tako je tlak u tom dijelu ciievirazmjeran promjenama razine drzi li se gustoca kapljevine stalnom i pretvornik upo-trebljava na istoj geografskoj sirini (g = konst.), Izrazimo Ii tlak u cijevi sa p, kaoapsolutni tlak, tj. ako pribrojimo hidrostatickom tlaku p tlak zraka p,

p, = egh +P.Taj se tlak moze motriti i mjeriti na primjer U-manometrom. Lijeva strana U-ma-nometra spojena je zato na cijev za propuhavanje i time izlozena djelovanju tlakaPc. Desna mu je strana otvorena i izlozena djelovanju atmosferskog tlaka. Kad jerazina nepromijenjena, ne mijenja se ni vrijednost Pc, a u U-manometru ce vladatiravnoteza sila

gdje je A povrsina presjeka cijevi U'-manometra, hM visina stupca zive u U-mano-metru, a !!Hg gustoca zive.

Dobiveni se izraz moze urediti ovako

"to je teorijska staticka karakteristika promatranog sloga mjernog pretvornikai U-manometra. To je idealna staticka karakteristika, a stvarnu bismo statickukarakteristiku odredili bazdarenjem. Kao promjenljivu ulaznu velicinu uzeli bismorazinu, h, i motrili bismo nastale promjene na U-manometru. Pojedinim vrijednos-tima hM pridali bismo pripadne vrijednosti h. Geometrijsko mjesto tocaka ure-denih parova (h, hM ) bila bi trazena staticka karakteristika. Svaka vrijednost hMpredstavljala bi odredenu informaciju 0 razini h, pa bismo sada promjenu hM moglizvati i mjernim signalom.

Premda nije spomenuto, pri bazdareniu je pretpostavljeno da su gustoce (! i (!Hgkonstantne vrijednosti. Obje te velicine zavise od temperature, pa je, zapravo, tre-balo pretpostaviti da Sil tijekorn bazdarenja stalne vrijednosti temperature okoline,temperature kapljevine kojoj mjerimo razinu i temperature propuhavanog zraka.Na slici 1.5 prikazane su bazdarne tocke laboratorijskog mjerila razine usporedos teoriiskorn karakteristikom.

Bazdarenje se moze ostvariti jedino mjerenjem svih pretpostavlienih ulaznihvelicina pomocu posebnih prije toga bazdarenih mjerila nczavisnih od baz-darenog pretvornika. Za ulaze, sto ih odrzavamo na konstantnoj vrijednosti i koji,u nacelu, bitno ne djeluju na mierni signal, nije potrebno upotrebljavati mjerilaekstremne tocnosti, Zato su pri bazdarenju pretvornika razine iskoristeni zivinistakleni terrnometri i za mierenie temperature kapljevine i temperature okoline.

19

30+----___=_~

Mjerna nesigurnost 0,1"C ovih termometara, kako ie prociienieno, zane rnarlji-vog je utiecaja na bazdarenje, Neka ie, recimo, dopustena pro rniena temperature kap-Ijevine ti jekom bazdarenja 1C, pa neka ie posljedica promjena m jemog signala0, 1%. Znaci, da ce se nesigurnost mjerenja promjene temperature 0,1"C od-raziti kao nesigurnost ad 0,0 1% vrijednosti m jernog signata, a to je za prakticnuprimjenu bazdarenog mjerila zanernarl jivo mala vrijedn ost .

D rugacije je s m jerilom koje sluzi za mierenie promjena mjerene velicine. Tobazdarno mjerilo treba izabrati vrlo pozomo i njegova mjern a nesigumost morabiti mnogo mania od mjem e nesigurnosti Ito je treba irnati bazdareni pretvornik.Ni jedan mjerni pretvornik, a ni ti jedno mjerilo ne sm ije se baidaritipomocu mjerila ve ce pogrdke. Bazda rno mjerilo mora, u nacelu, imati ukup-nu pogresku barem deset puta manju od zeliene m jeme pogreske bazdarenog pret-vornika iii mjerila .Bazdamo mjerilo zove se etalon iii st an dar d' .

10090+----------------~

teerijskC1 karakteristika

6O-l-- - - ---------7f:,/+--------~/(karokleri st ika dobivena.povezivanjem bazdarnlhtocaka

15+-- ""''1'

0.25 0,50 0,75 1.00 1,25 \50 h.rnSlika 1.5 Usporednl prikaz bafda rnlh tofaka s teorljskom statll:-

kom karakterlstlkom mJernog pretvornlka razlne prlka-zanog na sllcl 1.3

U promatranom primjeru potrebn o je kao etalon uzeti rnierilo duljine, Izbornjegove mjeme nesigurnosti zavisit ce od zahtjeva sto ga postavljarno bazdarenornpretvorniku. Ako je mjerni pretvornik namijenjen za mjerenje razine s mjernomnesigurnosti 0,0 1 m, tada ce etalon mjerne nesigu m osti O,OO I m biti debar,

* Stvarno se poe pojmom eta lon podrazumijeva drzavna i li nacionalna miera. Etalon je francuskarijcc, a u hrvatskom knji zevnom jeziku prevodi se kao pramiera, gdje predmetak eprae pokazuieda je ta miera ishodiste mierenja za citavu driavu. Op sirnlie 0 tome Citatelj moi e naci na str . 171.do 176. u djetu M. Brezinscak, Mjerenje i racunanje u znanosti i tehnid , T ehnicka knjige, Zagreb1971.

20

Znaci, to moze biti i komercijalno mjerilo dul jine, koje irna na jman]e pod jelke u mi-limetrima.

Iz oblika se staticke karakteristike zakljucuie da li je zavisnost izlazne i ulaznevelicine linearna iii nelinearna, a odreduju se jos i druge znacaike pretvornika :osjetljivost, prag osjecanja, raalozenost , histereza itd,

B

10050mjerena velieina.'IoPMO

i I ba1darneI I t krivulje A W? I

-teorijska tineomost unutar L ~~/_ - b'lo, +a'lo izlaza f-- .

' I ./......... ..,,-,:"V'".,-v ~1/ .,.

" b't _---L-,,")v: 4 Y-~ - ,' I

? V / . / vr" re erentni pravac" t+a'I,/(y~ teorijske krajnjetocke:Al 5'1, izlaz,O'lo PMO)-:~/ BI90%izlaz.100%PMO)~ i I~a

-e,

Ng.!::! 50

100

Silks 1.6 TumacenJe teorljske Ilnearnosll. Razllke referentnogprevce I bafdarnlh krlvulla prlkazane au znatno vetlmda bl se laUe ueene odstupanJe

Linearnost:Vecina je mjemih pretvornika izvedena tako da im je teori jska staticka karak-

ter istika linearna, t j, pravac. Blizina stvarne sta ticke karakteristike (one dobivenebaidarenjem!) nekom takvu referentnom pravcu jest Iinearnost. Izrazava se pos-totkom kao naivece odsrupa nje neke bazdarne vrijednosti od pripadne vri jednostina pravcu : -unutar :: a o/~ izlaza-. Pri tom je potrebno navesti 0 kojem se pravcurad i i na koje se bazdaren je odnosi odstupanje. Na prirnier teorijska Iinearnostodreduje se s obzirom na pravac koji prolazi teorijs kim krajnjim tockarna mjemogpodrucia, slika 1.6. Rubna Iinearnost je poseban oblik teorijske linearnosti, prikojoj su teorijske krajnie tocke i mje rnog podrucja i podr ucja m jernog signala (0%PM O, 0% izlaz) i (100% PMO, 100% izlaz), slika 1.7. Postoje zatim i drugacijedefinicije Iineam osti , np r . krajevna i n ezavisna linearnost, a potreba njihovaodredivanja zavisi od namjene mjernog pretvornika . Na slici 1.8. prikazana je ne-zavisn a Iinearnost".

* Prikazane staticke karakteristike dobivene su bafdaren jem miernog prervornika. Bafdarenie seizvodl vise puta, a na slici su pokazan e uviiek samo dviie od karakte ristika, one ~to sadrfe miernutocku koia naiv ise odstupa od pripadne tocke na pretpostavl jenom referentnom pravcu .

21

bazdcrnekrivulje B

..h- ~/rUb~a linJarnokt unutcr A V /-b'I, +a'I, izlaza .J.A~/

/ :/~// / ~..((f/.~ :::;;~~er~ntni pravac,

a '10 /' I""y / teorijske ,krajnje toeke :r0~ A(O'lo izlaz, O'ioPMO)~

b'lo _ B (lOP'I, izlaz ,I?O'lo ~MO)I/~~'";7'

a '101V / / a./C/.,%v // I . u/ nezcvisnc mecrnost

v / 0 / unutcr s a '10 izlazav y V

~a'loo

o 50 mmjerena velic ina, '10 PMO

Snka 1.8 TumacenJe nezsvlsne Iineamostl. Pogrelka je prtkeza-ns znatno vei:om negoll u stvarnostl da bi se laUeuofllo odstupanle

A

100

..e,

l:l 00.!::!

22

Kad je staticka karakteristika pretvorni ka nelinearna, tada sc pojam linearn ostine maze primijeniti . Ispitu je se blizin a neke bazdame krivulje i staticke karakt eristi-ke; naziva se suglasnost. Kao i u primieru linearnosti, posto je razlicite mogucnostidefiniran ja suglasnosti, a na slid ] .9. prikazano je odredivanie teorijske suglasnosti.

bai!darne ~'krivulje I ~~1#/.

suglasnost unutar ~- b'lo,a'/, izlaza A ~(, I I

I _~~. teorilsko+0,/0

tereze S obzirom na dio m jernog podr ucia. Histereza dijela mjernog podrucia uvijekie manja od histereze ukupnog mjernog pod rucia. Pojava histereze pr ikazana jestatickorn karakteristikorn na slici I .11.

10050mjerena velieina,Ot. PMO

! ! I I i ii i ~ iI :---t I AfJ( , ii i i i

i I -4 p- I i,i I ~W- I,.1 W i '.I-ponovljivost 0 prvo bozdcreoje

_I-unutar a '10 >~ drugo ~daren)e _izlaza ,~~,..- )( trece bozdorenje

~e>....%V I

V a 0/0oo

100

~o

Slika 1.10 Ponovljlvost stat1~ke karakterlstlke

zlaza

10050mjerena velieinc, '10 PMO

I L/Jy /V /

./' ./ T./ V ~ histereza. a'lo i

V VU V~V~ y '-histereza djelomienog mjernog-~ opsega ( 50 '10 PM0 )I I I I i

,oo

100

-eo.

N50e:E

Slika 1.11 HistereZ8

24

Staticka karakter istika snimljena kont inuiranim mijenjanjem vrijed nosti mie-rene velicine niie u svim pretvorn icima potpuno glatka, nego se izlazna velicina mi-jenja u malim i mjerljivirn koracima. Ta je pojava prikazana na slid 1.12, a zovese razloiienost staticke karakteristike. Obicno se navodi pomocu omjera vriiednost inajveceg od svih koraka i najvece vrijednosti izlazne velicine izrazenog II postocima.

jena

10050mjerena vellcinc, '10 FMO

Silks 1.12 Razloienost ttatiCke karakterlltlke

-:I -:

/-:

/ lAi~gled koraeajnih promV V izlazne velieine

/ 1 4~V/1/ I I i! t

, ,aa

100

zitani namo!I

I ' j-r--- - ' - '-

=- -== kliznikI '

Silica 1.13 PrlmJer razlo!enostl statlCke karakterJstlke petenelc-metrlJskog mJemog pretvornika pomaka

25

Posebno karakteristican pnrruer razlozenosti ie staticka karakteristika zicnogpoten ciometarskog pretvornika pomaka. Takav je pretvornik prikazan na slici 1.13.zajedno s pripadnom statickorn karakteristikom. Aka je, recimo, njegov m jern iopseg 100 mm, a razlozenos t mu je 1% najveci ocekivani korak .niegove statickekarakterist ike je I mm.

N.Q

.~

prag osjeconjc

mjerena veticincSilks 1.14 Prag osletanla (prlkazan Ie povecano)

Na slid 1.14. prikazana je jos jedna znacaika mjernog prervomika : prag osje-canja . To je najrnanja konacna vrijednost prornjene mjerene velicine potrebnada se prouzroci m jerljiva pro mjena izlazne \ elicine . Izrazava se u jedinicama mje-rene velicine i maze irnati razlicite vrijednosti, vee prema vrijednosti mjerene veli-Cine unut ar mjernog podrucja.

1.4. SKLAD S OKOLINOM

U praksi se uvieti rada mjernog pretvornika razlikuju od normalnih iii sob-nih radnih uv jeta pri kojima se izvodi proracun i bazdaren je miernog pretvomika,T i realni radni uvjeti zovu se okolisni uvjeti. Kao sobni radni uvjed uzeti suovi: temperatura 20 5'C, relativna vlaznost zraka 60 20%, te atmosferskitlak 101, 325 2,666 kPa (760 20 mmHg).

Okolisni uvjeti su promjenl jivi, pa povremeno mogu i znatno odstupati odnormalnih uvjeta. Svojim d jelovanjem uzrokuje pogresku mierenia, a mogu uzro-kovati trajno ostecen je iii promjenu staticke karakteristike. Pri skladistenju, transpor-tiranju, rukovanju i radu nastaju razlicite okolnosti pri kojima je mjerni pretvornikizvrgnut takvirn prornje nljivim okolisnim uvjetima, pa se ovom pitanju posvecuie oso-bita pozornost .

Utjecaj temperature cholineOpisat cemo sarno utjecaj temperature okoline. Nairne, izlozenost rniernog

pretvornika promjenama temperature uzrokuje promjenu staticke karakte ris t ike,a moze ur jecati i na dina rnicko vladanje. Djelovanje toplinskih promjena pobu du ie

26

xx ~

skll za nj e

mjerena velicina

mjerena velicino

slalickakarakteristika

_- sklizanje nule-,,/" usporedni pornok

// knrokteristk e

/////

sklizanje osjetljivostipranjena nagiba

_ karakteristike/ 'f staticka.I' _.,.,'"

AI".

y

y

NoB

L)

a)

Silk. 1.15 Toplln sko skll.anj. nu-Ie (a) I topllnsko sklleenle osjetljlvostl sta-

t1~ke karakterlstlke (b)

u mnogim pretvorrucim a toplinsko sklizanje nule ili pak toplinskoosjetljivosti. Djelovanje ovih pojav a prikazano ie na slici 1,15.

Ako je pri miereniu po-znara temperatura okoline,maze se na osnovi poznatogsklizanja nul e i sklizan ja osjet-Ijivosti provesti korekcija mjer-nih rezultata , Za svaki se mjer-ni pretvornik moze bazdare-njem odrediti i temperatur-no podrucje, T o je podruCjetemperatura okoline pri koii-rna se prervorn ik mora vlada-ti u dopustenim granicamapogreske, sto znaci da ce pre-tvornik zadrzati svoju static-ku karakteristiku i onda kadje izlozen bilo kojoi tempera-ruri unutar tog podrucja, T em-peratum a pogreska je maksi-malna promjena izlazne veli-cine sto nastaje kao posljedi-ca izlaganja pretvornika gra-nicnim ternperatu ram a tern-pe raturnog podrucia.

Obicno se u podacima 0 prervomiku utieca ] pojed inih okolisnih uvjeta navodikao osjetljivost pretvorn ika na prornjene tib uvjeta : temperaturna osjetljivost,osjetljivost na vibracije, osietljivost na elektrornagnetsko polje itd.

Ako [e temperaturna osjetljivost nekog pretvomika tlaka 0,03 mVr C, bitcepotrebno, ako se razliku je tem peratura okoline od normalne, provesti korekciiu.N eka se, recimo, tlak mje ri pri ternperaturi 49C, znaci : od vri jednosti izlazn og sig-nala t reba odbiti (49"G-20"C) . 0,03 mVI'C = 0,87 mY. M jeri li se pak tlak pritem peraturi - 18C, izlaznom ce signa lu trebati pribrojiti (20"C - (- 18C) .. 0,03 mVr C = 1,14 mY .

Ako je osjetlj ivost na vibracije tog istog pretvo rnika 0,8 mVjmm, bit ce potreb-no na slican nacin provest i korekciju bude li pretvornik izlozen vib racijama , Tadase iasno kao usporedno stanje uzima mirno stanje,

Pouzdanost

P ouzdanost je spos obnost mjemog pretvo rn ika da u danim uvjetima obavljasvoju funkciju pretvorbe mjerene velicine u m jemi signal. Poblize se to svojstvoodreduje brojnim pokazateljima od kojih su naivazniji opterecenos t i trajnost.

27

Opterecenost ieskup utjecaja kojima je rnjerni pretvornik izlozen u trenutkuvrernena. Posebno ;e vazna naiveca dopustiva vrijednost rnjerene velicine kojojmoze biti pretvornik izlozen a da se kao trajna posljedica ne izazovu promjeneniegove staticke karak teristike , T a je vriiedn ost jedan ad pokazatelja opterecenosti,a zove se dopustivo preopterecenje, Na primjer, za mjerni pretvornik tlaka ma-ze se reci dopustivo tlacno preopterecenie, za rnierni pretvornik temperature do-pustivo temp eraturno preopterecen]e, za mierni pretvornik sile dop ustivo preopte-recen je silom itd. Izrazava se obicno u postocima punoga mjernog opsega ili u po-stocirna gornje granice miernog podrucia. Tako np r. za dilatacijski m jerni pretvorniktemperature maze dopustivo preopterecenie bit i l00ok, sto mati da ce zadrzatisvoju staticku karakteristiku i nakon sto je bio izlozen dvostruko vecoi temperaruriod gornje granicne tem perature mjernog podrucja. Za neke rnjerne pretvorn ikestaticka se karakteristika ustalju je u svom prvotnom (osnovnom) obliku tek nekovrijeme nakon djelovanja preopterecen ja. Ta se poiava zove oporavljanje, aza n ju potrebno vrijerne trajanje oporavljanja.

Trajnost ili vijek uporabivosti najmanje je vrernensko razdoblje unutarkojeg se m jerni pretvornik moze uskladistiti iIi upotrijebiti, a da mu se pri tom bit-no ne promi jene svojstva , Vazni]i pojedinacni pokazatelji trajnosti jesu skladU-ni vijek i radni vijek . SkIadiSni vijek je dopustivo trajanje skladistenja prijeupotrebe. Radni vljek jest moguca trainost upo trebe m jernog prervornika u rad -Dim uvjetim a.

1.5. IZVOBENE ZNACAJKE

Osim navedenih znacaiki, za svaki se mierni pretvornik navode i neke od iz-vedbenih znacajki posebno vaznih za gradnju i primienu. To su opci oblik izvedbes najvazniiim izmjerama, tezinom, podacima 0 ucvrscivan iu, polozaju pri kljucnicaza elektricnu energiju iIi za pojni zrak itd .

Istaknut cemo posebnu vaznost podataka 0 materiialu pretvornika, zastice-nost i pretvornika ad korozije i drugih stetnih utjecaja. Tim se izvedbenim znacaj-kama ne bavimo, jer su uvi jek podrobno obradene u katalozima proizvodaca,

Na svim mjemim pretvornicima ucvrscuie se kad god [e moguce natpisnaplocica iIi plocica podat aka, Plocica podataka uz naziv pre tvornika i broj vrste sa-drZi jos i najvaznije znacajke mjernog pre tvornika, takve kao sto su mjerno podrucjei tocnost iii mjema nesigurnost, podatke 0 napajanju i raspored prikljucaka, serijskibroj, naziv i naslov proizvodaca. Ako se radi 0 posebnoi iIi vojnoj izvedbi, mogu sena plocici naci i neki dodatni podaci.

28