Физические основы работы

Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но неподдающийся непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительный преобразователь, на который подается измеряемая величина, называется первичным измерительным преобразователем. Измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины в заданное число раз, называют масштабным измерительным преобразователем.

Измерительные преобразователи в зависимости от вида (аналоговый, кодированный) входного и выходного сигнала делятся на три группы:

− аналоговые измерительные преобразователи, у которых на входе и на выходе аналоговые сигналы;

− аналого-цифровые измерительные преобразователи, имеющие на входе аналоговый, а на выходе – кодированный сигнал;

− цифро-аналоговые измерительные преобразователи, у которых

на входе кодированный сигнал, а на выходе – аналоговый.

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

Измерительный прибор, показания которого являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины, называется аналоговым измерительным прибором.

Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называют цифровым измерительным прибором.

В зависимости от того, допускают ли измерительные приборы только считывание показаний или допускают считывание и регистрацию или только регистрацию показаний, они относятся либо к показывающим, либо к регистрирующим измерительным приборам.

Информационно-измерительные системы – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю (в том числе, ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностирования, идентификации (т.е. определения).

Информационно-измерительные системы применяют для испытаний крупных объектов, т.е. когда необходимо измерять большое число физических величин, производить обработку измерительной информации, воздействовать на объект в процессе испытаний и т.д.

Разновидность информационно-измерительных систем - информационно-вычислительные комплексы, которые представляют собой автоматизированные средства измерений и обработки измерительной информации. Их отличительная черта – наличие в комплексе свободно программируемой ЭВМ, которая используется не только для обработки результатов измерения, но и для управления самим процессом измерения.

Для выполнения массовых технологических измерений применяют измерительные установки.

Измерительная установка – это совокупность функционально и конструктивно объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для рациональной организации измерений. Электроизмерительные установки используют, например, для градуировки и поверки электроизмерительных приборов.

По метрологическим характеристикам все средства измерений делятся на образцовые и рабочие.

Образцовые средства измерений предназначены для поверки с их помощью других (рабочих) средств измерений.

Рабочие средства измерений используют для всех измерений, кроме измерений, связанных с поверкой, т.е. передачей размера единиц величин.

НЕКОТОРЫЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИ.

Диапазон измерений – область между наибольшим и наименьшим значениями, которые могут быть измерены с нормированной погрешностью

Нормирующее значение:

1. конечное значение диапазона измерений – при равномерной шкале и нулевой отметке на краю диапазона

2. сумма модулей пределов измерений – если 0 внутри диапазона

3. длина шкалы в единицах длины – если шкала существенно неравномерна

Чувствительность S – производная от выходной величины l по входной x:

S=dl/dx

Если чувствительность постоянна во всем диапазоне,

S=l/x (например, делений/вольт)

Постоянная прибора C= 1/S (например, В/дел.)

Мощность, потребляемая из измеряемой цепи

Частота измеряемого тока (напряжения).

Время успокоения - интервал времени от подключения прибора до момента, когда

отклонение £1% длины шкалы. ВУ должно быть £4с.

Вариация показания –наибольшая разность показания при одном и том же значении измеряемой величины @ 2D.

2.ПОГРЕШНОСТИ СИ.

Основная – Погрепшность при нормальных (допустимых для данного СИ) условиях.

Дополнительная – Погрешность, вызванная отклонением условий от нормальных.

Абсолютная погрешность D - это разность между показанием СИ х _п и истинным значением измеряемой

величины х: D=| х - х _п|

Относительная погрешность d - это отношение абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению:

Приведенная погрешность g - это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению Х _N:

Погрешность может быть аддитивная: D не зависит от х

мультипликативная - D прямопропорциональна х, так что

в общем случае: аддитивная мультипликативная

Погрешность СИ характеризуется его классом точности.

Класс точности – обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых погрешностей

Стандарт «Классы точности средств измерений» предусматривает 4 разновидности классов точности, соответственно, 4 формы выражения погрешностей:

1. g (например,1,5):

Это значит, что во всем диапазоне максимальная абсолютная погрешность, D= ±gX_н/100.

g называется «предел допускаемой приведенной основной погрешности».

Пример. Амперметр с пределом измерения 100А, на циферблате которого указано 1,5 имеет во всем диапазоне абсолютную погрешность не более 1,5 А.

2.. g ( например, 1.5). То же, что п.1, но D и Х_н выражаются в единицах длины шкалы. Применяется для приборов с существенно неравномерной шкалой.

Пример. Мегоомметр с пределом измерения 100 МОм, длина части шкалы, соответствующая диапазону измерений, 100мм. На циферблате указано 1,5. Это значит, что во всем диапазоне абсолютная П не более 1,5 мм.

3. d, например, 1,5 Это значит, что во всем диапазоне допускается максимальная относительная П: d= ± D/ x.

d называется «предел допускаемой относительной основной погрешности»,

х - показание прибора.

Пример. Счетчик энергии, на циферблате которого указано 1,5, имеет во всем диапазоне относительную погрешность не более 1,5 %. Абсолютная погрешность при показании, например,

1000 кВт-ч составляет 15 кВт-ч.

4. c/d, например, 1,5/1,0. Это значит, что во всем диапазоне допускаются максимальные значения и относительной d и абсолютной d x погрешностей.

d=±[c+d(X_н/ x -1)]

Пример. Амперметр с пределом измерения 100А и классом точности 1,5/1,0 показывает 10А. Относительная погрешность измерения

d=±0,01[1,5+1(100/10-1)]= ±0,1; абсолютная D= ±d х =± 1А.

8 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Структурная схема электромеханического прибора:

Измерительный механизм имеет:

◙ неподвижную часть; ◙ подвижную часть.

Для выполнения измерений необходимо создать:

◙ вращающий момент; ◙ противодействующий момент.

Назначение ИМ - преобразовать входную величину (ток, напряжение, мощность) в численное значение (число делений, число мм)

Принцип действия - Измерительная цепь преобразует измеряемую величину (например, напряжение) в величину, создающую вращающий момент (например, ток).

Измерительный механизм преобразует этот ток в момент вращающий, зависящий от измеряемой величины, поворачивающий указатель (стрелку, луч света).

Измерительный механизм создает (например, пружиной) момент противодействия, зависящий от угла поворота.

Установившееся положение указателя наступит, когда моменты вращающий и противодействия равны. Оно оценивается количественно отсчетным устройством (шкалой

Математическая модель: перемещение подвижной части ИМ состоит в ее повороте на угол , пропорциональный измеряемой величине:

Вращающий момент: М _В =М(х): ,

Где - энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в измерительном механизме.

Момент противодействия: ,

Где - удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругости элемента.

Установившееся положение указателя наступит, когда М_В=- М_ПР Þ М(х)= М(a)

Таким образом, уравнение преобразования электромеханических приборов в общем виде может быть представлено выражением:

.

По способу создания вращающего момента различают системы электромеханических приборов:

1) магнитоэлектрическая (МЭ);

2) электромагнитная (ЭМ);

3) электродинамическая (ЭД);

4) электростатическая (ЭС);

5) индукционная (И).

По способу создания противодействующего момента:

1) с механическим противодействующим моментом (спиральные пружины, упругие растяжки, подвес)

2) с электрическим противодействующим моментом (логометры)

Уравнение движения подвижной части прибора:

М_вр = М_и + М_у + М_пр,

– момент сил инерции;

– момент успокоения; .

Характер движения зависит от степени успокоения

· при b < 1 – колебательное движение (кривая 1);

· при b > 1 –апериодическое движение (кривая 3);

· при b = 1 –ускоренное (критическое) движение (2).

Частота собственных колебаний подвижной части:

Для электромеханических приборов f ₀ < 10 Гц и характерно колебательное движение. Для быстрого затухания колебаний – магнитоиндукционные успокоители.

Подвижная часть реагирует:

при f_X > f ₀ – на среднее значение вращающего момента, при f_X < f ₀ – на мгновенное значение

Дата добавления: 2014-01-11