рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Измерительные приборы

Измерительные приборы - раздел Приборостроение, МЕТРОЛОГИЯ Измерительный Прибор - Средство Измерения, Предназначен­Ное Для Вырабо...

Измерительный прибор - средство измерения, предназначен­ное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Выработка измерительной информации может основываться на использовании различных физических принципов. Например, для из­мерения длины применяют механические, оптические, пневмати­ческие и электрические измерительные приборы.

Физический принцип, положенный в основу построения изме­рительного прибора, называют принципом действия прибора, кото­рый часто отражается в названии прибора, например, электро­динамический ваттметр, термоэлектрический термометр.

Принципиально измерительный прибор состоит из ряда изме­рительных преобразователей, каналов связи, согласующих эле­ментов, измерительного механизма, которые в совокупности образу­ют измерительную цепь прибора. Измерительная цепь осуществ­ляет все преобразования сигнала измерительной информации.

Измерительная цепь начинается чувствительным элементом, яв­ляющимся составной частью первичного преобразователя. На эле­мент непосредственно воздействует измеряемая величина. Оканчи­вается цепь отсчетным устройством, с помощью которого наблюда­тель определяет значение измеряемой величины, выраженное в принятых единицах измерения. Это значение называют показанием средства измерения, которое образуется от отсчета (отвлеченного числа), снятого при измерении с отсчетного устройства прибора. Переход от отсчета к показанию осуществляется умножением от­счета на цену деления шкалы, под которой понимается разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Измерительные приборы можно классифи­цировать по различным признакам: структуре преобразования; ви­ду выходной информации; способу ее выдачи; роду измеряемой величины; условиям применения и т.д.

Классификация измерительных приборов с учетом этих признаков представлена на рис. 3.4.

Измерительные приборы по своей структуре представляют со­бой определенное сочетание измерительных преобразователей и устройства сравнения. Для условного изображения структуры прибора используется функциональная схема. По ней можно проследить все преобразования, которым

подвергается измеряемая величина в процессе работы прибора.

 

По структуре преобразования все измерительные приборы можно разделить на три вида: приборы прямого преобразования, приборы уравновешивающего преобразования и приборы смешанного преобразования.

Средстваизмерений прямого преобразования. Структурная схема прибора прямого пре­образования показана на рас. 3.5, где ИП1, ИП2,…,ИПn -звенья; х, х1, х2,..., хn - информатив­ные параметры сигналов.

 
 

 

 


Как видно из рис. 3.5, входной сигнал х последовательно претерпевает несколько преобразований и в итоге на выходе получается сигнал хn .

Для измерительного прибора сигнал xn получается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, на­пример, в виде отклонения указателя отсчетного устройства. Для измерительного преобразователя сигнал хn получается в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.

Примером электроизмерительного прибора, имеющего струк­турную схему прямого преобразования, может быть амперметр для измерения больших постоянных токов. В этом приборе изме­ряемый ток вначале с помощью шунта преобразуется в падение напряжения на шунте, затем в малый ток, который измеряется измерительным механизмом, т.е. преобразуется в отклонение указателя [11].

Структурная схема прибора прямого преобразования ра­зомкнутая, в ней отсутствует общая обратная связь с выхода на вход. Если все измерительные преобразователи имеют линейную функцию преобразования (хi = ki×хi-1 ), то выходная величина связана с измеряемой величиной соотношением

хn = k1×k2¼kn×x = k×x , (3.1)

где k1 , k2 ,¼, kn - коэффициенты преобразования измери­тельных преобразователей.

Чувствительность (коэффициент преобразования) средства измерений, имеющего структурную схему прямого преобразо­вания:

k1×k2×k3¼kn . (3.2)

При нелинейной функции преобразо­вания чувствительность и коэффициенты преобразования зави­сят от входного сигнала.

Мультипликативная погрешность возникает при изменении коэффициентов преобразования. С течением времени и под дей­ствием внешних факторов коэффициенты k1, k2, k3 ,¼, kn могут изме­няться соответственно на Dk1, Dk2, Dk3 ,¼, Dkn. При достаточно малых изменениях этих коэффициентов можно пренебречь членами вто­рого и большего порядков малости, тогда относительное измене­ние чувствительности

. (3.3)

Изменение чувствительности приводит к изменению выходно­го сигнала на Dxn = (S + DS)×x - S×x=DS×x . Этому изменению вы­ходного сигнала соответствует абсолютная погрешность измере­ния входной величины

. (3.4)

Как видно из выражения (3.4), погрешность, вызванная изменением чувствительности, является мультипликативной. От­носительная мультипликативная погрешность измерения dь = DS/S .

Аддитивная погрешность вызывается дрейфом «нуля» звень­ев, наложением помех на полезный сигнал и т.д., приводящих к смещению графика характеристики преобразования i-гo звена на ±Dx0i; (как показано на рис. 3.6). Аддитивную погрешность можно найти, введя на структурной схеме после соответствующих звеньев дополнительные внешние сигналы Dx01 , Dx02, …, Dx0n , равные смещениям характеристик преобразования звеньев.

Для оценки влияния этих дополнительных сигналов пересчи­таем (приведем) их ко входу структурной схемы. Результирующее действие всех дополнительных сигналов равно действию следу­ющего дополнительного сигнала на входе: . (3.5)

Результирующая аддитивная погрешность равна Dx0. Таким образом, как следует из (3.3) и (3.5), в средствах измерений, имеющих структурную схему прямого преобразования, происхо­дит суммирование погрешностей, вносимых отдельными звень­ями, и это затрудняет изготовление средств измерений прямого преобразования с высокой точностью.

Средства измерений уравновешивающего преобразования. Структурная схема средства измерений уравновешивающего преобразования показана на рис. 3.7.

 
 

 

 


Структурная схема такого прибора содержит две цепи - цепь прямого преобразования и цепь обратного преобразования, т.е. в приборе имеется общая отрицательная обратная связь с выхода на вход.

Для цепи обратного преобразования (обратной связи)

x¢m = xn×b1×b2×…×bm = xn× b , (3.6)

где b - коэффициент преобразования цепи обратного преобразо­вания; b1, b2, …, bm - коэффициенты преобразования звеньев обратной связи.

На входе цепи прямого преобразования в узле СУ происходит сравнение (компенсация) входного сигнала х и выходного сигна­ла цепи обратного преобразования х'm и при этом на выходе СУ получается разностный сигнал Dх = х—х'm .

При подаче на вход сигнала х выходной сигнал xn , а следова­тельно, и х'm , будут возрастать до тех пор, пока х и х'm не станут равны. При этом по значению xn можно судить об измеряемой величине х.

Средства измерений, имеющие такую структурную схему, могут работать как с полной, так и с неполной компенсацией.

При полной компенсации (астатическое преобразование) в установившемся режиме Dх = х—х'm =0 . (3.7)

Это возможно в тех устройствах, у которых в цепи прямого преобразования предусмотрено интегрирующее звено с характеристикой преобразования . Примером такого звена является электродвигатель, для которого угол поворота вала определяется приложенным напряжением и временем.

В этом случае, учитывая (3.6) и (3.7), получим

xn = x/(b1×b2…bm) = x/b . (3.8)

Таким образом, в момент компенсации сигнал на выходе средства измерений пропорционален входному сигналу и не за­висит от коэффициента преобразования цепи прямого преобра­зования.

Чувствительность (коэффициент преобразования)

. (3.9)

Мультипликативная относительная погрешность, обуслов­ленная нестабильностью коэффициентов преобразования звень­ев, при достаточно малых изменениях этих коэффициентов

. (3.10)

Как видно из этого выражения, относительная мультиплика­тивная погрешность обусловлена только относительным измене­нием коэффициента преобразования цепи обратного преобразо­вания.

Аддитивная погрешность в средствах измерений с полной компенсацией практически обусловливается порогом чувстви­тельности звеньев, расположенных до интегрирующего звена, и порогом чувствительности самого интегрирующего звена.

Под порогом чувствительности звена понимается то наимень­шее изменение входного сигнала, которое способно вызвать по­явление сигнала на выходе звена. Порог чувствительности имеют, например, электродвигатели, часто применяемые в рассматрива­емых устройствах. Для реальных звеньев график характеристики преобразования может иметь вид, как показано на рис.3.8, где ± Dх i-1 - порог чувствительности.

Порог чувствительности средства измерений с полной ком­пенсацией , (3.11)

где Dx1, Dx2 , … , Dxi-1 - пороги чувствительности

звеньев цепи прямого преобразования; Dxi - порог чувствительности интегри­рующего звена.

При наличии порога чувствительности средства измерении состояние компенсации наступает при х - х'm =Dх. Таким обра­зом, изменение входного сигнала в пределах ±Dx не вызывает изменения выходного сигнала, т.е. появляется абсолютная ад­дитивная погрешность, значение которой может быть в пределах ±Dx.

Из выражения (3.11) очевидно, что для уменьшения аддитив­ной погрешности, обусловленной порогом чувствительности звеньев, следует увеличивать коэффициенты преобразования k1 , k2 , ..., ki-1. Предел увеличения этих коэффициентов обусловлен динамической устойчивостью средства измерений.

При неполной компенсации (статическое преобразование) в средствах измерений интегриру­ющего звена нет и обычно выполняется условие (3.6), а также

xn = k×Dx, (3.12)

где k=k1× k2 ... kn - коэффициент преобразования цепи прямого преобразования. В этом случае установившийся режим наступа­ет при некоторой разности

Dх = х—х'm (3.13)

Зависимость между выходным и входным сигналами, находи­мая путем решения уравнений (3.6), (3.12) и (3.13),

(3.14)

Как видно из выражения (3.14), при установившемся режиме выходной сигнал пропорционален входному и зависит от коэффициентов цепи как обратного, так и прямого пре­образования.

Если выполняется условие k×b » 1, то уравнение (3.14) пе­реходит в (3.8) и при этом нестабильность коэффициента пре­образования цепи прямого преобразования не влияет на работу устройства. Практически, чем выше k×b , тем меньше влияние k. Предел увеличения k×b обусловлен динамической устойчиво­стью средства измерений.

Чувствительность (коэффициент преобразования) средства измерений с неполной компенсацией

. (3.15)

Мультипликативная погрешность, обусловленная изменением коэффициентов преобразования звеньев при достаточно малых изменениях этих коэффициентов:

, (3.16)

где dk = Dk/k; db = Db/b. Если k×b » 1, то dм » dk/k×b . Следо­вательно, при k×b » 1 (что обычно имеет место) составляющая, обусловленная изменением коэффициента b, целиком входит в ре­зультирующую погрешность, а составляющая, обусловленная изменением коэффициента k, входит в результирующую погреш­ность ослабленной в k×b раз. Нелинейность характеристики преобразования цепи прямого преобразования можно рассматривать как результат влияния изменения коэффициента преобразования k относительно некото­рого начального значения при х=0. Полученные уравнения пока­зывают, что нелинейность характеристики преобразования уменьшается действием отрицательной обратной связи в k×b раз.

Аддитивная погрешность может быть найдена путем введе­ния в структурную схему дополнительных сигналов Dx01, Dx02,…, Dx0n, Dx¢01, Dx¢02,…, Dx¢0m , равных смещениям характеристик преобразования соответствующих звеньев.

Применяя методику, рассмотренную выше, получим абсолют­ную аддитивную погрешность, равную погрешности:

 

 

Следует отметить, что средства измерений могут иметь комби­нированные структурные схемы, когда часть цепи преобразова­ния охвачена обратной связью.

Вид структурной схемы средства измерений влияет не только на рассмотренные характеристики (чувствительность, погреш­ность), но также на входные и выходные сопротивления, динами­ческие свойства и др.

По виду выдаваемой информации все приборы делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговым является измерительный прибор, показания которого являются не­прерывной функцией измеряемой величины, например, стрелочный вольтметр. Цифровым называется измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме, например, цифровой омметр.

По способу выдачи измерительной информации измерительные приборы делятся на показывающие и регистрирующие (см. рис. 3.4).

Показывающие приборы (рис. 3.9), если на них воздействует измеряемая величина, допускают только отсчитывание показаний. Указатель отсчетного

устройства перемещается относительно шкалы и наблю­дается визуально. Шкала средства измерения - это часть отсчет­ного устройства, представ-ляющая собой совокупность отметок и проставленных у некоторых из них чисел отсчета или других символов, соответ-ствующих ряду последователь-ных значений из­меряемой величины.

Шкалы с делениями постоянной длины и с постоянной ценой деления называются равномерными шкалами, а шкалы с делени­ями непостоянной длины - неравномерными.

Примерами показывающих приборов со шкалами могут служить следующие типы приборов: 1) электромеханические: М2027, М2042, ЭА2231; 2) электронные: В3-38, В2-25, В7-13 и др.

К показывающим измерительным приборам относят также приборы с цифровым отсчетом (рис.3.10). Их отсчетное устройство выдает показания в цифровой форме, показанное число соответствует значению изме­ряемой величины.

 

Измерительные приборы с цифровым отсчетом находят все большее распространение, поскольку они более производительны и удобны для наблюдателя. Примерами показывающих приборов с цифровым отсчетом могут служить следующие типы приборов: В2-37, Щ4310, Ч3-34, В7-22, В7-21 и др.

Регистрирующие измерительные приборы (рис.3.11) содержат механизм регистрации показаний. Регистрирующий прибор, в котором преду­смотрена запись показаний в форме диаграммы, называют самопи­шущим прибором.

 
Диаграмма представляет собой изображение измерений изме­ряемой величины в зависимости от изменений другой переменной величины. Запись производится на бумаге в виде движущейся лен­ты или диска, наложенного на барабан. Способы записи, применяе­мые в настоящее время, весьма разнообразны. Наиболее распро­странены запись чернилами посред-ством пера той или иной конст­рукции и печатание точек через цветные ленты, пропитанные краской. Существуют и другие способы записи: тонкой струйкой чернил, электрической искрой на метал-лизированной бумаге, нагре­тым стержнем на бумаге с восковым слоем и т. д.

К регистрирующим следует отнести измерительные приборы с печатающими механизмами, дающими показание в виде чисел, от­печатанных на бумажной ленте. Примерами регистрирующих приборов могут служить следующие типы приборов: Н30, Н32, Н310, Н3140 и др.

По роду измеряемой величины приборам присвоены наименования в зависимости от названия единицы этой величины (в том числе кратных и дольных единиц), для измерения которой они предназначены: амперметры, микроамперметры - для измерения тока; веберметры, милливеберметры - для измерения магнитной индукции и т.д.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

МЕТРОЛОГИЯ

С В Бирюков А И Чередов... МЕТРОЛОГИЯ...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Измерительные приборы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Омск 2000
УДК 389 (075) ББК 30.10 я 73 Б 64 Рецензенты: В.М.Осипов, гл. конструктор ПО “Электроточприбор”; А.И.Калачев, проректор по научной работе Сибирского

МЕТРОЛОГИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ МЕТРОЛОГИИ
Метрология - это наука об измерениях, о методах и средствах обеспеченияих единства и способах достижения требуемой точ­ности [ 2 ]. Метрология зародилась в глубокой др

Измерение. Измеряемые величины
Определения метрологии и метрологического обеспечения на­чинаются с основного понятия - измерение. Пожалуй, ни одно определение в области метрологии не вызывает столько споров, как определение этог

Физическая величина. Единица физической величины
Физическая величина - это свойство, общее в качественном отношении многим объектам (системам, их состояниям и проис­ходящим в них процессам), но в количественном отношении ин­дивидуальное дл

Системы единиц физических величин
При проведении любых измерений измеряемая величина сравнивается с другой однородной с ней величиной, принятой за единицу. Для построения системы единиц выбирают произвольно несколько физических вел

Размер величины. Значение величины
Размер физической величины – количественная определенность физической величины, присущая конкретному материальному объекту, системе, явлению или процессу [3]. Иногда возражают проти

Размерность физических величин
Размерность физических величин— это соотношение между единицами величин, входящих в уравнение, свя­зывающее данную величину с другими величинами, через которые она выражается. Разм

Методы и средства измерений
Под понятием метод измерения подразумевается совокупность процессов использования принципов и средств измерений. Принцип измерений - это совокупность физических явлений, на к

Измерений
Эталон единицы физической величины — средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспро­изведения и хранения единицы данной величины (в некоторых случаях только

Точность измерений
Термин «точность измерения» применяется очень широко, одна­ко пока нет общепринятого способа выражать точность измерения количественно. В ГОСТ 16263—70 сказано: «Количественно точ­ность може

Погрешность измерений
Под погрешностью измерения понимается алгебраическая раз­ность между полученным при измерении значением измеряемой величины и значением, выражающим истинный размер этой величины. Практически

Поверка средств измерений
Поверка – совокупность операций, выполняемых органами государственной метрологической службы с целью определения и подтверждения соответствия средства измерений установленным техническим тре

Меры и наборы мер
Мерой называется средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. При­мерами мер являются аттенюаторы - меры затухания, магазины сопротивлений

Измерительные преобразователи
Согласно ГОСТ 16263 - 70 измерительный преобразователь - это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала из­мерительной информации в форме, удобной для передачи, дальней­шего п

Измерительные установки и системы
Измерительная установка - это совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначе

Метрологические характеристики средств измерений
Измерительная техника обладает большим арсеналом разнообраз­ных средств измерений, предназначенных для решения различных из­мерительных задач. Все средства измерений можно характеризовать некоторым

Погрешности средств измерений
Составляющая погрешности измерений, обуслов­ленная свойствами применяемых средств измерений (далее СИ), называется инст­рументальной погрешностью измерения. Эта погреш­ность является важнейш

Нормирование метрологических характеристик средств измерений
Средства из­мерений можно использовать по назначению, если известны их метрологические свойства. Последние обычно описывают путем указания номинальных значений тех или иных характеристик и допускае

Способы выражения пределов допускаемых погрешностей средств измерений
В настоящее время для большинства электрических средств измерений, используемых в статическом режиме, нормируют пределы допускаемых погрешностей. Пределом допускаемой погрешности (д

Погрешности измерений
При практическом осуществлении процесса измере­ний независимо от точности средств измерений, правиль­ности методики и тщательности выполнения измерений результаты измерений отличаются от и

Абсолютные и относительные погрешности
Абсолютная погрешность D - это разность между измерен­ным X и истинным Xи значениями измеряемой величины. Абсо­лютная погрешность выражается в единицах измеряемой ве­личины: D =

Отсчитывания и установки
Инструменталь­ными (приборными или аппаратурными) погрешностями называются такие, которые принадлежат данному средству измерений, могут быть определены при его испытаниях и занесены в его п

Систематические, прогрессирующие, случайные и грубые погрешности
Систематическая погрешность измерений Dс — состав­ляющая погрешности измерения, остающаяся постоян­ной или закономерно изменяющаяся при повторных из­мерениях одной и той же велич

Вероятностный подход к описанию погрешностей
Законы распределения случайных погрешностей. Случайные погрешности обнаруживают при проведении ряда измерений одной и той же величины. Результаты измерений при этом, как правило, не совпадаю

Формы представления результатов измерения
Результат измерения имеет ценность лишь тогда, когда можно оценить его интервал неопределенности, т.е. степень достоверности. Поэтому результат измерений должен содержать значение измеряемой величи

ЭТАЛОНЫ. ОБРАЗЦОВЫЕ И РАБОЧИЕ МЕРЫ
Для обеспечения единства измерений необходима тожде­ственность единиц, в которых проградуированы все средства изме­рений одной и той же физической величины. Единство измерений достигается

Эталоны
Эталоном единицы величины называют средство измерений, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы величины (или кратных либо дольных значений единицы величины) с целью пере­дачи

Меры электрических величин
Эталоны, которые воспроизводят единицу измерения, называют мерами. По назначению меры делят на образцовые и рабочие. Меры, утвержденные в качестве образцо­вых, предназначаются для пов

Об обеспечении единства измерений
Измерения являются могучим средством, объединяющим те­орию с практической деятельностью человека. Результаты из­мерений в современном обществе приобретают большую значи­мость. Они служат основой дл

Государственное управление обеспечением единства измерений
Государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в Российской Федерации осуществляет Комитет Российской Фе­дерации по стандартизации, метрологии и серти­фикации (Госстанда

Государственный метрологический контроль и надзор
Виды государственного метрологического контроля и надзора. Государственный метрологический контроль и надзор осуществляется Государственной метрологической службой Госстандарта России. Госуд

Калибровка и сертификация средств измерений
1. Калибровка средств измерений Средства измерений, не подлежащие поверке, могут подвергаться калибровке, при выпуске из производства или ремонта, при ввозе по импорту, при эксплуатации, п

Б И Б Л И О Г Р А Ф И Я
1. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учеб. пособие для студ. втузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 384 с. 2. ГОСТ 16263-70 ГСИ. Метрология. Термины и определения.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги