Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Средства измерений уравновешивающего действия
Структурная схема средства измерений уравновешивающего действия показана на рис. 9.4. Структурная схема такого средства измерений содержит две цепи - цепь прямого и цепь обратного действия, т.е. в средстве измерения имеется общая отрицательная обратная связь с выхода на вход. Для цепи обратного действия (обратной связи) x¢m = xn×b1×b2×…×bm = xn× b, (9.1) где b - коэффициент преобразования цепи обратного действия; b1, b2, …, bm - коэффициенты преобразования звеньев обратной связи. На входе цепи прямого действия в узле СУ происходит сравнение (компенсация) входного сигнала х и выходного сигнала цепи обратного действия х'm и при этом на выходе СУ получается разностный сигнал Dх = х - х'm. При подаче на вход сигнала х выходной сигнал x n, 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. 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, получим xn = x/(b1×b2…bm) = x/b. (9.2) Таким образом, в момент компенсации сигнал на выходе средства измерений пропорционален входному сигналу и не зависит от коэффициента преобразования цепи прямого действия. Чувствительность (коэффициент преобразования) . Мультипликативная относительная погрешность, обусловленная нестабильностью коэффициентов преобразования звеньев, при достаточно малых изменениях этих коэффициентов . Как видно из этого выражения, относительная мультипликативная погрешность обусловлена только относительным изменением коэффициента преобразования цепи обратного действия. 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.9.5, где ± Dх i-1 - порог чувствительности.
Порог чувствительности средства измерений с полной компенсацией , где Dx1, Dx2, …, Dxi-1 - пороги чувствительности звеньев цепи прямого действия; Dxi - порог чувствительности интегрирующего звена. При наличии порога чувствительности средства измерении состояние компенсации наступает при х - х'm = D х. 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 последнего выражения видно, что для уменьшения аддитивной погрешности, обусловленной порогом чувствительности звеньев, следует увеличивать коэффициенты преобразования k 1, k 2,..., k i-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 (9.1), а также x n = k× D x, (9.3) где k=k 1 ×k 2 .. k n - коэффициент преобразования цепи прямого действия. В этом случае установившийся режим наступает при некоторой разности Dх = х—х' m. (9.4) Зависимость между выходным и входным сигналами, находимая путем решения уравнений (9.1) - (9.4) (9.5) Как видно из выражения (9.5), при установившемся режиме выходной сигнал пропорционален входному и зависит от коэффициентов цепи как обратного, так и прямого действия. Если выполняется условие k×b >> 1, то уравнение (9.5) переходит в (9.2) 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 компенсации . Мультипликативная погрешность, обусловленная изменением коэффициентов преобразования звеньев при достаточно малых изменениях этих коэффициентов: , 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 Dx 01, Dx 02 ,…, Dx 0n, 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.
ЛЕКЦИЯ 10
Воспроизведение единиц физических величин и передача их размеров
10.1. Понятие о единстве измерений
При проведении измерений необходимо обеспечить их единство. Под единством измерений понимается характеристика качества измерений, заключающаяся в том, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам воспроизводимых величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Понятие ²единство измерений² емкое. Оно охватывает важнейшие задачи метрологии: унификацию единиц физических величин (ФВ), разработку систем воспроизведения величин и передачи их размеров рабочим средствам измерений с установленной точностью и др. На государственном уровне деятельность по обеспечению единства измерений регламентируется стандартами Государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ) или нормативными документами органов метрологической службы. Воспроизведение единицы физической величины – это совокупность операций по материализации единицы ФВ с наивысшей в стране точностью посредством государственного эталона. Различают воспроизведение основной и производной единиц. Воспроизведение основной единицы – это воспроизведение единицы путем создания фиксированной по размеру ФВ в соответствии с определением единицы. Оно осуществляется с помощью государственных первичных эталонов. Например, единица массы – 1 килограмм воспроизведена в виде платиноиридиевой гири, хранимой в Международном бюро мер и весов в качестве международного эталона килограмма.
Воспроизведение производной единицы – это определение значения ФВ в указанных единицах на основании косвенных измерений других величин, функционально связанных с измеряемой. Так, воспроизведения единицы силы – Ньютона – осуществляется на основании известного уравнения механики F=m×g, где m – масса тела; g – ускорение свободного падения. Передача размера единицы – это приведение размера единицы ФВ, хранимой поверяемым средством измерений, к размеру единицы, воспроизводимой или хранимой эталоном, осуществляемое при их поверке или калибровке. Размер единицы передается ²сверху вниз² - от более точных к менее точным. Хранение единицы – совокупность операций, обеспечивающая неизменность во времени размера единицы, присущего данному средству измерений. 10.2. Эталоны единиц физических величин
Эталон -средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке. Классификация, назначение и общие требования к созданию, хранению и применению эталонов устанавливает ГОСТ 8.057-80 ²ГСИ. Эталоны единиц физических величин. Основные положения². Конструкция эталона, его физические свойства и способ воспроизведения единицы определяются природой данной физической величины и уровнем развития измерительной техники в данной области измерений. Эталон должен обладать, по крайней мере, тремя взаимосвязанными свойствами: неизменностью, воспроизводимостью и сличаемостью. Неизменность – свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени, при этом все изменения, зависящие от внешних условий, должны быть строго определенными функциями величин, доступных точному измерению. Воспроизводимость – возможность воспроизведения единицы ФВ с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники. Сличаемость – возможность обеспечения сличения с эталоном других средств измерений, нижестоящих по поверочной схеме, в первую очередь вторичных эталонов, с наивысшей точностью для существующего уровня развития техники измерений.
Различают следующие виды эталонов: - первичный – обеспечивает воспроизведение и хранение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью; - специальный – обеспечивает воспроизведение единицы в особых условиях, в которых прямая передача размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью не осуществима, и служит для этих условий первичным эталоном; - государственный – это первичный или специальный эталон, официально утвержденный в качестве исходного для страны; - вторичный – хранит размер единицы, полученной путем сличения с первичным эталоном соответствующей ФВ. В состав вторичных эталонов включаются средства измерений, с помощью которых хранят единицу ФВ, контролируют условия хранения и передают размер единицы. По своему метрологическому назначению вторичные эталоны делятся на следующие: - эталон-копия – предназначен для передачи размера единицы рабочим эталонам; - эталон сравнения – применяется для сличения эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличимы друг с другом; - эталон-свидетель – предназначен для проверки сохранности и неизменности государственного эталона и замены его в случае порчи или утраты; - рабочий эталон – применяется при передачи размера единицы рабочим средствам измерений. Термин рабочий эталон заменил собой термин образцовое средство измерений (ОСИ), что сделано в целях упорядочения терминологии и приближения ее к международной. Рабочие эталоны при необходимости подразделяют на разряды 1, 2, и т.д., определяющие порядок их соподчинения в соответствии с поверочной схемой.
Поверочные схемы Обеспечение правильной передачи размера единиц ФВ во всех звеньях метрологической цепи осуществляется посредством поверочных схем. Поверочная схема – это нормативный документ, который устанавливает соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона к рабочим средствам измерений с указанием методов и погрешности, и утвержден в установленном порядке. Основные положения о поверочных схемах приведены в ГОСТ 8.061‑80 ²ГСИ. Поверочные схемы. Содержание и построение². Поверочные схемы делятся на государственные, ведомственные и локальные. - Государственная поверочная схема распространяется на все средства измерений данной ФВ, имеющиеся в стране. Она разрабатывается в виде государственного стандарта, состоящего из чертежа поверочной схемы и текстовой части, содержащей пояснения к чертежу. - Ведомственная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие проверке. - Локальная поверочная схема распространяется на средства измерений данной физической величины, подлежащие ведомственной проверке в отдельном органе метрологической службы. Поверочные схемы оформляют в виде чертежа, элементы которого приведены на рис.10.1. На рис.10.1 представлены передача размера: а) от эталона 1 к объекту 5 методом 3; б) от эталона 1 к объектам поверки 5 и 6 методом 3; в) от эталона 1 к объекту поверки 5 методом 3 или 4; г) от эталона 1 к объекту поверки 5 методом 3 и объекту поверки 6 методом 4.
Поверочная схема устанавливает передачу размера единицы одной или нескольких взаимосвязанных величин. Она должна включать не менее двух ступеней передачи размера. На чертежах поверочной схемы должны быть указаны: - наименование средства измерений и методов поверки; - наименование значения ФВ или их диапазоны; - допускаемые значения погрешностей средств измерений; - допускаемые значения погрешностей методов поверки. Правила расчета параметров поверочных схем, и оформление чертежей поверочных схем приведены в ГОСТ 8.061-80.
|
||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 561; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.82.232.31 (0.035 с.) |