Перетворення вимірюваного сигналу в необхідний вихідний сигнал в вимірювальної ланцюга може здійснюватися одним або кількома елементами - вимірювальними перетворювачами.
Вимірювальний перетворювач, вихідний сигнал якого призначений для спостереження, має спеціальну назву - вимірювальний прилад. Вимірювальними приладами є, наприклад, вольтметр, електролічильник, ваги важелів, ртутний термометр, автомобільний спідометр, фотоекспонометра і т.п.
Так як сигнал, призначений для спостереження, є вихідним сигналом вимірювального ланцюга, то вимірювальний прилад завжди буває останнім перетворювачем цьому ланцюзі. Проста вимірювальна ланцюг (рис.7) складається з одного вимірювального приладу ВП. Вже наводилися приклади такої простої вимірювальної ланцюга для вимірювання напруги вольтметром і зважування тіла на важільних вагах.
Мал. 7. Проста вимірювальна ланцюг: Про - об'єкт вимірювання, IP - вимірювальний прилад
У складній вимірювального ланцюга, складеної з кількох послідовно з'єднаних вимірювальних перетворювачів, перший називається первинним перетворювачем. Вхідний сигнал первинного перетворювача є вхідним сигналом всьому ланцюгу, тобто вимірюваним сигналом.
Якщо складна вимірювальна ланцюг включає крім первинного перетворювача та вимірювального приладу інші вимірювальні перетворювачі, то їх називають проміжними. Всі сигнали складної вимірювальної ланцюга за винятком вхідного і вихідного також є проміжними. Схема складної вимірювальної ланцюга, що складається з первинного перетворювача ПП, проміжного перетворювача ПрП і вимірювального приладу ІП, представлена на рис.8.
Мал. 8. Складна вимірювальна ланцюг: Про - об'єкт вимірювання, ПП - первинний перетворювач, ПрП - проміжний перетворювач, IP - вимірювальний прилад
Якщо для вимірювання кожного технологічного параметра використовувати просту вимірювальну ланцюг, що складається з одного вимірювального приладу, то буде потрібно дуже багато різновидів подібних приладів. Що б уникнути цього, застосовують складну вимірювальну ланцюг. Це дозволяє використовувати один і той же вимірювальний прилад для вимірювання різних технологічних параметрів.
Первинний перетворювач знаходиться в контакті з вимірюваним середовищем і часто піддається впливу високих температур і тисків, вібрації, вологості і т.п. Тому для вимірювання навіть однотипних параметрів випускаються різні первинні перетворювачі, що відрізняються умовами експлуатації. Іноді безпосередній контакт первинного перетворювача з вимірюваним середовищем взагалі неприпустимий (наприклад, при вимірюванні високих температур або рівня в судинах високого тиску). У таких випадках застосовують неконтактні первинні перетворювачі, не стикаються з вимірюваним середовищем.
За допомогою проміжного сигналу вдається відокремити первинний перетворювач від вимірювального приладу і розмістити вимірювальний прилад на щиті оператора, де забезпечені нормальні умови експлуатації.
Вид проміжного сигналу визначається, з одного боку, принципом дії і конструкцією первинного перетворювача, а з іншого - зручністю передачі сигналу на відстань і подальшого його перетворення. Найчастіше ці вимоги виявляються суперечливими: прагнення отримати просту і надійну конструкцію первинного перетворювача йде врозріз з вимогою зручності дистанційної передачі проміжного сигналу по каналу зв'язку до вимірювального приладу. Так, багато промислових первинні перетворювачі мають незручний для дистанційної передачі вихідний сигнал у вигляді сили або переміщення.
Такі вихідні сигнали можуть бути виміряні лише при безпосередній механічній зв'язку вимірювального приладу з первинним перетворювачем. Для цього вимірювальний прилад повинен бути розташований поруч з первинним перетворювачем або навіть об'єднаний з ним в один блок. Якщо ж вимірювальний прилад встановлений на щиті оператора і віддалений від такого первинного перетворювача, то застосовують проміжне перетворення вихідного сигналу первинного перетворювача в сигнал, зручний для дистанційної передачі. Іноді в вимірювальної ланцюга може бути кілька проміжних перетворювачів, які призначені для посилення, розмноження сигналу і т.п.
У складній вимірювального ланцюга (див. Мал.8) вхідним сигналом вимірювального приладу є вже не вимірюється, а проміжний сигнал. У промисловості використовують обмежену кількість проміжних сигналів, що дозволяє істотно зменшити номенклатуру вимірювальних приладів - найбільш складних і дорогих елементів вимірювального ланцюга. Завдяки цьому один і той же вимірювальний прилад може застосовуватися для вимірювання різних технологічних параметрів. В цьому основна перевага складної вимірювальної ланцюга перед простий.
Вихідні сигнали проміжних перетворювачів, як правило, бувають електричні або пневматичні. Такі сигнали найбільш зручні для дистанційної передачі. Вид і межі зміни проміжних сигналів уніфіковані Державної системою приладів (ГСП).
У табл. 1 наведені найбільш часто вживані в системі ГСП уніфіковані сигнали і межі їх зміни.
Таблиця 1 Уніфіковані сигнали і межі їх зміни
0,2 · 105 - 1,0 × 10 5 Па
Уніфікація проміжних сигналів дозволила замість спеціалізованих вимірювальних приладів для вимірювання конкретних технологічних параметрів використовувати невелику групу приладів для вимірювання проміжних параметрів: струму, напруги, частоти, взаємної індуктивності і тиску стисненого повітря. У виробничих умовах це дає можливість скоротити потребу в запасних приладах і частинах до них, полегшує їх ремонт.
При виборі уніфікованого проміжного сигналу керуються головним чином довжиною каналу зв'язку. При довжині каналу зв'язку до 300 м в якості проміжного сигналу можна застосовувати будь-який уніфікований сигнал, при довжині до 10 км - постійний струм або частотний сигнал, при більшій довжині - кодований дискретний сигнал.
Іноді при виборі виду сигналу для дистанційної передачі доводиться враховувати такі фактори, як пожежо - і вибухонебезпечність виробництва, стійкість каналу зв'язку та ін. В цих випадках слід мати на увазі, що пневматичний сигнал є пожежо - і вибухобезпечним, а код - найбільш перешкодостійким.
Якщо первинний перетворювач має електричний вихідний сигнал, то для спрощення вимірювального ланцюга його зазвичай не перетворять в уніфікований. Для вимірювання таких неуніфікованих електричних сигналів застосовують спеціальні вимірювальні прилади. Найбільш часто використовують такі неуніфікованих сигнали, як електричний опір терморезистора і е. д. з. термопари, які служать для вимірювання температури.
Найбільш поширені проміжні, уніфіковані і вихідні сигнали вимірювальних ланцюгів наведені в табл. 2.
Таблиця 2 Проміжні, уніфіковані і вихідні сигнали вимірювальних ланцюгів
Число на цифровому індикаторі
Вихідні сигнали, наведені в табл.2, застосовують, коли результат вимірювання повинен бути доступним для оператора. Якщо ж вимірювальна ланцюг є елементом АСР і її вихідний сигнал надходить в регулятор, то в вимірювальному приладі немає необхідності.
Отже, в складній вимірювального ланцюга зазвичай застосовують три способи зв'язку первинного перетворювача з останнім вимірювальним перетворювачем (вимірювальним приладом, регулятором АСР, КОМ i т.п.):
1) пряма механічна зв'язок за допомогою неелектричних сигналу - сили або переміщення;
2) дистанційна зв'язок за допомогою електричної неуніфікований сигнал (опір терморезистора, е. Д. С. Термопари і т.п.);
3) дистанційна зв'язок через проміжний перетворювач за допомогою уніфікованого сигнал ГСП.