Динамические характеристики

Классификация измерений.

Измерения и средства измерений.

История развития метрологии.

Отметим основные исторические этапы развития метрологии:

1791г. - установление эталона метра во Франции (метр как 1х10 в минус 7-ой степени часть четверти длины земного меридиана);

1875г. - подписание в Париже 17-ю государствами (в том числе и Россией) международной конвенции по усовершенствованию метрической системы мер, в основу которой была положена единица длины – метр;

1931г. - создание в Ленинграде на базе Главной палаты мер и весов Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии им. Д.И. Менделеева;

1960г. - принятие Международной системы единиц СИ; определение метра как длины, равной 1/1650763,73 длины волны излучения в вакууме (криптоновый эталон метра);

1983г. - принятие определения метра, как длины пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Состояние средств измерения определяет стабильность работы предприятия и качество выпускаемой продукции.

По способу получения информации различают:

- прямые измерения - непосредственное сравнение физической величины с ее мерой (эталоном);

- косвенные измерения – измерения, при которых искомую величину устанавливают по результатам прямых измерений величин, связанных с ней определенной зависимостью (например, коэффициент сухого трения определяют как частное от деления силы трения на силу тяжести перемещаемого тела).

- совместные измерения - одновременные измерения двух или нескольких разнородных величин для установления зависимости между ними;

- совокупные измерения - производимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Значение физической величины может быть найдено посредством однократного её измерения, или путём нескольких, следующих друг за другом измерений с последующей статистической обработкой их результатов. В первом случае измерения называют однократными или простыми, во втором - измерениями с многократными наблюдениями или статистическими.

1.3.2. По режиму работы средств измерения различают статические и динамические измерения.

Статические характеристики.

Целесообразно рассмотреть идеальную статическую функцию преобразования и её параметры. Функция преобразования является обобщённой характеристикой измерительной цепи, т.к. связывает между собой входную и выходную величины. Статическая функция преобразования и её параметры определяют свойства измерительной цепи в установившемся состоянии, т.е. при неизменном значении входной величины.

В качестве идеальной рассмотрим линейную функцию преобразования

y = kx,

где х - входная величина, y- выходная.

Преобразования и её параметры определяют свойства измерительной цепи в установившемся состоянии, т.е. при неизменном значении входной величины.

В качестве идеальной рассмотрим линейную функцию преобразования

y = kx,

где х - входная величина, y- выходная.

Чувствительность средства измерения – свойства средства измерения, определяемые отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Чувствительность функции преобразования характеризуется следующим образом: .

Диапазон преобразования – это область входных величин, в пределах которой элемент или измерительная цепь обеспечивают реализацию функции преобразования.

Дефекты статической функции преобразования являются источниками погрешностей измерений. К ним относят нелинейность функции преобразования, гистерезис, порог чувствительности, дрейф нуля.

Нелинейность оценивают приведенным значением, т.е. отношением максимальной разности к диапазону преобразования.

n_d=(d_max/x_max) 100%.

Гистерезис – это явление, вызывающее неоднозначность функции преобразования при увеличении и при уменьшении входной величины. Относительное приведенное значение гистерезиса определяется по максимальной ширине петли:

n_g=(g_max/x_max) 100%.

Порог чувствительности выражается в том, что плавному изменению входной величины соответствует ступенчатое изменение выходной. Минимальный прирост входной величины, вызывающий изменение выходной величины, называется порогом чувствительности и может выражаться в абсолютных значениях входной величины или в относительной форме:

n_s=(s/x_max) 100%,

где s- абсолютное значение порога чувствительности.

Дрейф или смещение нуля приводит к соответствующему смещению функции преобразователя. Дрейф нуля задаётся в абсолютных или относительных единицах, отнесённых к контрольному промежутку времени (час, сутки и т.д.).

Вусловиях переменного входного сигнала задача средств измерений состоит в воспроизведении сигнала с наименьшими искажениями. Реальные средства измерений вносят в измеряемую величину динамические искажения.

Целью обработки результатов динамических измерений является:

1 - нахождение сигнала на выходе средства измерения x(t)_изм по заданному сигналу на входе x(t)_ист;

2 - нахождение входной величины x(t)_ист по значениям выходной величины x(t)_изм.

В ряде случаев предварительное оценивание динамических погрешностей необходимо для выбора средства измерения с такими динамическими свойствами, чтобы при известном характере входного сигнала динамические погрешности не превосходили допустимых значений.

Динамические характеристики средств измерения подразделяются на полные и частные. К полным динамическим характеристикам относятся дифференциальное уравнение, передаточная функция, переходная и импульсная переходная характеристика, совокупность амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик.

Дифференциальнное уравнение. Динамический режим широкого класса измерений может быть описан линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами

,

где i, l—порядок производных от x(t)_изм и x(t)_ист;A_i,B_l –коэффициенты.

В статическом режиме при x_ист =const, x _изм = const уравнение вырождается в x_изм=Kx_ист, где К = В_о/А_о—номинальный коэффициент преобразования средства измерений.

Решение дифференциального уравнения позволяет оценить динамическую погрешность и получить исправленный результат измерения, если известны коэффициенты А_i и В_l.

Однако коэффициенты уравнения трудно определить расчётом и экспериментально, поэтому дифференциальное уравнение, как динамическая характеристика, для оценивания результатов измерения и динамических погрешностей не нашло широкого применения на практике.

Передаточная функция. Выразив входящие в дифференциальное уравнение x(t)_ист и x(t)_изм в операторной форме, запишем уравнение в виде

,

где р - оператор дифференцирования d/dt.

Передаточной функцией W(p) называют отношение изображения выходной величины динамической системы к изображению входной величины

Как правило, передаточные функции реальных средств измерения удаётся с достаточной степенью точности аппроксимировать простым выражением (n=2—3,n<m).

Если известен закон изменения величины x(t)_ист и передаточная функция средства измерения, то определяют изображение x(p)_изм= =W(p)x(p)_ист , а затем переходят к оригиналу.

Заменив p на jw, получим комплексную (амплитудно-фазовую) характеристику, действительная часть которой является амплитудно-частотной характеристикой A(w), а мнимая—фазо-частотной j(w).

Переходная характеристика. Отклик средства измерения на ступенчатое возмущение называется переходной характеристикой h(t).

Реакция средства измерения на воздействие единичного импульса с параметрами х=0 при t ¹ 0 и x = ∞ при t = 0, называется импульсной переходной характеристикой g(t). Математически такой единичный импульс (дельта-функция) представляет собой производную от единичной ступенчатой функции. Переходная и импульсная переходная характеристики сравнительно просто определяются экспериментально путём подачи на вход средства измерения соответствующего ступенчатого или импульсного входного сигнала.

1.3.3. Средствами измерений называют техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменной (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

Мера- средство измерений, предназначенное для воспроизведения одного или нескольких фиксированных значений физической величины (мера массы-гиря, мера индуктивности - образцовая катушка индуктивности).

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем (аналоговые, цифровые).

Измерительная установка – совокупность функционально объединённых средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Измерительная система - совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в системах управления, контроля, диагностирования и т.п.

Измерительный преобразователь - средство измерений, предназначенное для преобразования сигналов измерительной информации в форму, целесообразную для передачи, обработки или хранения. Измерительная информация на выходе измерительного преобразователя, как правило, недоступна для непосредственного восприятия наблюдателем.

По назначению средства измерений делятся на рабочие, рабочие эталоны и индикаторы.

Рабочие средства измерений разделяются на технические и лабораторные. Первые предназначены для измерений в производственных условиях. По конструкции технические средства измерений приспособлены для установки на щитах, в шкафах и непосредственно на оборудовании.

Лабораторные средства измерений предназначаются для использования в научно-исследовательской практике, при испытаниях оборудования в стендовых условиях. Отличаются более высокими точностными характеристиками.

Рабочие эталоны предназначаются для поверки рабочих средств или других менее точных образцовых в условиях специализированных измерительных лабораторий.

Индикаторами называют средства измерения, не имеющие нормированных точностных характеристик и служащие для ориентировочной оценки измеряемой величины.

Любое средство измерения может рассматриваться как некая измерительная цепь. Работа средства измерения характеризуется функцией преобразования. Функция преобразования является обобщённой характеристикой измерительной цепи или её элементов. Статическая функция преобразования и её параметры определяют свойства измерительной цепи или её элементов в установившемся состоянии, т.е. при неизменном значении входной величины. В условиях меняющейся входной величины проявляются динамические свойства средства измерения.

Основой измерений являются наблюдения, которые осуществляются персоналом или автоматическими устройствами. При однократном наблюдении результат измерения равен результату наблюдения, т.е. Х = х. Измерение дополняется оценкой точности, которая должна быть не хуже, чем определено требованиями.

В практике испытаний и исследований, где требуется более высокая точность, прибегают к нескольким наблюдениям для проведения одного измерения. Такой метод называют методом многократных наблюдений. При этом удаётся учесть влияние некоторых случайных факторов. При многократных наблюдениях результат наблюдений, результат измерения, а также оценку точности получают методами статистической обработки случайных величин.

Рассмотрим ряд инструментов и приборов наиболее применимых в пищевой промышленности, приборостроении и машиностроении для пищевой промышленности.

Измерение геометрических параметров.

По принятой классификации к технике измерений геометрических величин относят измерения длин и углов, отклонений размеров, формы и расположения поверхностей, параметров конусов, резьб и зубчатых колёс. Методы и средства измерения геометрических величин подразделяют на несколько групп, основными из которых являются группы механических и оптико – механических приборов, рассмотрением которых Рассмотрим ряд инструментов и приборов наиболее применимых в х мы ограничиваемся в нашем курсе.

Государственным стандартом установлены следующие требования производства линейных и угловых измерений:

- температура окружающей среды 20 С⁰;

- атмосферное давление 101324,72 Па (760 мм рт. ст.);

- относительная влажность окружающего воздуха 58%;

- ускорение свободного падения 9,8 м/с кв.

- направление линии измерения линейных размеров до 160 мм наружных

поверхностей- вертикальное, в остальных случаях – горизонтальное;

- относительная скорость измерения углов, равная нулю.

Дата добавления: 2015-04-30