Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу 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 |
Техническая реализация метода отклоненийСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
При технических реализациях этого метода процесс сравнения измеряемой величины с ее единицей, воспроизводимой мерой, часто оказывается более скрытым, нежели, к примеру, измерение длины линейкой. Во многих случаях измеряемая величина преобразуется в свое отображение, при котором вторичные сигналы отображения возникают в результате обмена энергией между объектом и средством измерений, что вызывает (в случае механических величин) соответствующие силы (усилия). В измерительном приборе возникает измерительная сила действия, которой противопоставляется сила противодействия, формируемая специальным устройством. Это устройство и выполняет функцию встроенной меры. При уравновешивании указанных сил процесс измерения завершается [1]. Для примера рассмотрим работу мембранного манометра (с плоской пластинчатой пружиной), схематично изображенного на рисунке 2, а. Измеряемое давление ри вызывает соответствующий прогиб мембраны 1, который через поворотный рычаг 2и зубчатую передачу преобразуется в отклонение L стрелки указателя шкалы. На рисунке 2, б показана упрощенная блок-схема сигналов этого манометра, а на рисунке 2, в − полная блок-схема сигналов, включающая сравнение двух сил − измерительной Fм и противодействующей FG. Измерительная сила создается действием давления ри на мембрану с площадью поверхности А, т.е. Fм =риА. При этом возникает противодействующая сила реакции мембраны FG, пропорциональная высоте прогиба l1, т.е. FG = − DF l1, где DF − постоянная пружины. Эта сила на блок-схеме (рисунок 2, в) действует в цепи обратной связи и сравнивается с силой Fм. Наличие такой обратной связи не противоречит принципам метода отклонения, так как сила противодействия не является аналогом уравновешивающей величины в компенсационном методе: сила противодействия возникает вследствие отбора энергии от объекта измерений, тогда как для формирования уравновешивающей величины требуется специальный внешний источник энергии. а – схематическое изображение; б, в – блок-схемы сигналов. Рисунок 2 ─ Схема мембранного манометра
При измерениях, основанных на принципах переноса тепловой энергии, действие упомянутых выше сил протекает на молекулярном и атомарном уровнях, и их не указывают на блок-схемах сигналов. Обобщая изложенное, можно указать следующие характерные особенности метода отклонения. 1. Отображаемый результат измерения представляет собой непосредственную реализацию зависимости выходной величины ха от входной величины хе, описываемую статической характеристикой средства измерений. При наличии промежуточных величин ха, в конечном счете, также зависит от хе. 2. Выходной сигнал, с учетом погрешностей, представляет собой отображение абсолютного значения измеряемой величины. 3. Обычно шкала прибора, работающего по методу отклонения, начинается с натурального нуля. Однако в некоторых приборах требуется коррекция нулевой точки. 4. Обмен энергией между объектом и средством измерений сопровождается их взаимными воздействиями. Значимость этих воздействий определяется соотношением требуемой и имеющейся в наличии энергий. По методу отклонения работают, например, жидкостные термометры, простейшие электроизмерительные приборы, пружинные весы. Разностный метод Чисто разностный метод основан на сравнении измеряемой величины или ее отображения с заданным значением однородной величины, а выходной сигнал соответствующего средства сравнения представляет собой отображение отклонения измеряемой величины от упомянутого заданного значения. Сравнение указанных величин осуществляет компаратор. Неконтролируемые изменения заданной величины сравнения приводят к неисключаемым погрешностям измерений [1]. Примером реализации чисто разностного метода измерений является термопара, схематично изображенная на рисунок 3. Она состоит из двух проводников (или полупроводников) А и В с различной работой выхода электронов. При равенстве температур 0О и Gj точек соединений проводников из проводника А в проводник В поступит за определенное время, допустим, п электронов, а обратно, за то же время, 2п электронов. При температурном равновесии термо-э.д.с. выходная величина термопары равна 0. Один из спаев термопары является рабочим. а температуру 0о второго спая (нерабочего, холодного) поддерживают строго постоянной. Рисунок 3 ─ Схема действия термопары
Если температура 01 рабочего спая возрастет до температуры 02, при которой работа выхода уменьшится наполовину, то из проводника А в проводник В поступит 2п электронов, а обратно – 4 п электронов. В результате на выходных зажимах возникнет разность потенциалов, обусловленная возникновением термо-э.д.с, величина которой зависит от разности температур 00 и 02 • Нестабильность температуры 0о предопределяет соответствующую погрешность измерений. Шкала средства измерений может быть проградуирована как в единицах отклонения, так и в абсолютных значениях измеряемой величины (рисунок 4).
Рисунок 4 − Примеры шкал, отградуированных в абсолютных значениях и в единицах отклонения измеряемой величины
Переход от одной шкалы к другой не должен представлять каких-либо трудностей. К примеру, термометр со шкалой, проградуированной в градусах Цельсия, представляет собой прибор, показывающий отклонения температуры, так как положительные и отрицательные значения температуры есть не что иное, как отклонения от 0 град.С – точки таяния льда. Если вместо 0 град.С на этой шкале указать 273 К, то будет выполняться отсчет абсолютных значений температуры в кельвинах. Можно выделить следующие преимущества чисто разностного метода измерений: 1. Возможность полного использования диапазона измерений устройства, так как выходной сигнал отображает отклонения в обе стороны от заданного значения величины сравнения. При необходимости коррекции нуля ее можно осуществить соответствующим смещением величины сравнения. 2. Достигается взаимная автоматическая компенсация некоторых видов помех благодаря вычитанию сигналов – измеряемого и сравнения. Описание лабораторной работы представлено в параграфе 2.
Дифференциальный метод Дифференциальный метод (его не следует путать с методом дифференцирования, при котором определяется скорость изменения измеряемой величины) требует применения двух симметричных элементов, образующих устройство сравнения для определения разности. Поэтому значения вторичных сигналов отображения в средствах измерения, работающих по дифференциальному (разностному) методу, удваиваются. Примером может служить дифференциальный конденсатор, являющийся основой емкостного измерительного преобразователя малых перемещений ∆l в электрический сигнал. Если такой преобразователь выполнен в виде конденсатора с плоскими пластинами (рисунок 5, а) емкостью С, то его чувствительность составит Sc = – C/(d +∆ d) ≈ – C∕d. Дифференциальный конденсатор с плоскими пластинами схематично изображен на рисунок 5, б; его средняя пластина 2 является подвижной и связана с объектом измерений [1].
а – обычного; б – дифференциального. 1 – неподвижная пластина; 2 – подвижная пластина. Рисунок 5 ─ Схемы емкостных измерительных преобразователей
Примером реализации дифференциального метода измерения в сочетании с методом отклонений может служить следящий мембранный манометр (рисунок 6). Принцип действия мембранного манометра пояснен ранее на рисунке 2. В следящем устройстве перемещение sp, отображающее измеряемое давление p, преобразуется дифференциальным трансформатором в напряжение UD. Обмотки этого трансформатора (как и сердечник) подвижны и перемещаются под воздействием электропривода 5, снабженного системой передачи. Такой дифференциальный трансформатор выполняет функцию устройства сравнения перемещений sp (отображающего измеряемую величину) и ssp (величины сравнения). При отклонении сердечника от симметричного положения относительно обмоток возникающее напряжение рассогласования UD усиливается до напряжения Uv, которое включает электропривод. Последний при вращении через систему передачи смещает обмотки дифференциального трансформатора до восстановления их симметричного расположения относительно сердечника. При этом ∆s = 0 (см. блок-схему сигналов на рисунке 6, б), что приводит к исчезновению (в пределах погрешности) напряжения Uv, и электропривод останавливается.
а – схематичное изображение; б – блок-схема сигналов. 1 – мембранный манометр; 2 – подвижные катушки дифференциального трансформатора; 3 – его неподвижные катушки; 4 – сердечник; 5 – электропривод. Рисунок 6 ─ Следящий мембранный манометр
Компенсационный метод Метод компенсации пригоден для измерений энергозначимых величин, таких, как сила, давление, крутящий момент, различные излучения, электрическое напряжение и ток. Рассмотрим ряд примеров. Компенсация токов (напряжений). Такую компенсацию рассмотрим на примере устройства контроля (рисунок 7) отклонения от заданной толщины движущегося полотна материала, например, бумажного полотна. Контроль толщины осуществляется по поглощению материалом проникающего ионизирующего излучения. Сравнивается поглощение излучения образцом 4 заданной толщины и контролируемым материалом 1 в процессе перемещения последнего. Проникающее через образец и материал излучение воспринимается приемниками 5 и преобразуется в соответствующие взаимно компенсируемые токи Iv и Im. В случае отклонения толщины контролируемого материала от заданного значения появляется разность указанных токов, образующая падение напряжения на резисторе К. Это напряжение усиливается до напряжения Uv, которое воздействует на электропривод (М), управляющий положением клинового поглотителя, находящегося в полосе ионизирующего излучения. Клиновый поглотитель, перемещаясь, уменьшает интенсивность излучения через контролируемый материал, вследствие чего возникающая разность токов сводится к нулю (без учета погрешностей компенсации токов Iv и Im). Компенсационный метод имеет следующие преимущества: − в уравновешенном состоянии практически не отбирается энергия от источника измеряемой (или ее отображающей) величины; − если на компенсирующую величину оказывают воздействие те же влияющие величины, что и на измеряемую, то при компенсации эти воздействия также взаимно уравновешиваются и их разность сводится к нулю.
а –схематичное изображение; б – блок-схема сигналов; 1 – образец; 2 – клиновый поглотитель; 3 – источник ионизирующего излучения; 4 – контролируемый материал; 5 – приемник излучателя. Рисунок 7 ─ Устройство контроля толщины движущегося полотна по степени поглощения ионизирующего излучения Характерные особенности реализации рассматриваемой модификации компенсационного метода рассмотрим на примере двухканального фотометра, предназначенного для определения концентрации компонентов жидкой многокомпонентной среды. Схема фотометра приведена на рисунке 8. Излучение источника 1 при помощи оптики (на схеме не показана) подводится к двум кюветам сравнительной 2 и измерительной 3. В сравнительной кювете помещается образцовое вещество с максимально возможной концентрацией С анализируемого компонента. Интенсивность излучения (опорная интенсивность) на выходе кюветы или его ослабление постоянны и однозначно определяются концентрацией этого компонента. В измерительной кювете находится исследуемое вещество. Так как концентрация с анализируемого компонента в измерительной кювете меньше, то интенсивность излучения на выходе измерительной кюветы оказывается выше опорной интенсивности излучения на выходе сравнительной кюветы. Соответствующие токи фотоприемников 4указанных излучений − опорного и измеряемого − сравниваются компаратором 5; их разность усиливается и воздействует на двигатель М, ротор которого поворачивает заслонку 6, перекрывающую фотопоток на выходе измерительной кюветы. Поворот ротора происходит до установления равенства интенсивностей обоих излучений на входах соответствующих фотоприемников. Одновременно вращение ротора двигателя передается движку потенциометра 7, к которому подключен прибор, показывающий значение измеряемой величины, разности концентраций которой определяют искомую концентрацию с. 1 − источник света; 2− сравнительная кювета; 3 − измерительная кювета; 4 − фотоприемник; 5 − компаратор; 6 − заслонка; 7 − потенциометр. Рисунок 8 − Схема двухканального фотометра, предназначенного для измерений концентрации компонентов в жидких смесях
В отличие от предыдущего примера − устройства контроля толщины полосы материала − в рассмотренном фотометре изменяется не опорное излучение, а измеряемое − до его уравновешивания с опорным.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; просмотров: 846; 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 - 3.15.203.195 (0.008 с.) |