Глава 6 Структурные схемы средств измерений СИ

Глава 6. Структурные схемы средств измерений

СИ состоят из нескольких ИП (звеньев) и все метрологические характеристики (МХ) СИ определяются: n составом СИ, n МХ каждого звена, n и зависят от положения звена в составе СИ.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ (ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ВЫСОТОМЕР). 1 – мембрана 2 – качалка 3 – реостатный ИП 4 – мостовая измерительная цепь 5 – усилитель 6 – цепь с R, L, C-параметрами 7 – измерительный механизм

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИ – условное изображение последовательности ИП, входящих в состав СИ в порядке их взаимодействия в цепи. Рассмотрим случай только статического режима работы как отдельных ИП входящих в состав СИ, так и средства измерения в целом.

6. 1 Схема прямого (последовательного) преобразования n n Х – входной сигнал, несущий информацию об измеряемой величине; Yn – выходной сигнал СИ; 1, 2, 3, …, n– 1 – промежуточные сигналы (выходные сигналы отдельных ИП); X, 1, 2, …, i, …, n– 1 – аддитивная помеха на входе отдельных звеньев.

6. 1. 1 Случай линейных звеньев К 1, K 2, …, Кn – ПОСТОЯННЫЕ коэффициенты преобразования отдельных звеньев (линейная функция преобразования); … Функция преобразования средства измерений:

Чувствительность СИ: Средства измерения прямого преобразования обладают ВЫСОКОЙ ПОСТОЯННОЙ чувствительностью. – ЭТО ПРЕИМУЩЕСТВО. Погрешность СИ прямого преобразования: n Аддитивная погрешность: общая абсолютная аддитивная погрешность, приведенная к выходу прибора.

Аддитивная погрешность каждого отдельного ИП (звена) полностью входит в погрешность СИ (результата) и при большом числе последовательных звеньев общая погрешность велика – ЭТО НЕДОСТАТОК.

n Мультипликативная погрешность: обусловлена нестабильностью чувствительности СИ. Погрешность каждого отдельного ИП (звена) полностью входит в погрешность СИ – ЭТО НЕДОСТАТОК. ВЫВОД: приборы с последовательной структурной схемой не обладают достаточной точностью, т. к. погрешности отдельных звеньев (как аддитивные, так и мультипликативные) суммируются.

6. 1. 2 Случай нелинейных звеньев Функция преобразования нелинейная (звенья нелинейные). Чувствительность входного сигнала: нелинейного звена зависит (*) → от

Например: Рассмотрим измерение температуры с помощью вольтметра (амперметра) и термопары. ky t 1 t, °C термо пара e e У усили тель m. V E Rцепь i измер. мех-м Функции преобразования отдельных звеньев: 1 звено: 2 звено: 3 звено: 4 звено:

1 вариант: Чувствительность первого звена: Чувствительность второго звена: Чувствительность третьего звена: Чувствительность четвертого звена: Чувствительность прибора: Функция преобразования прибора:

2 вариант: Функция преобразования прибора: Чувствительность прибора: Получили тождественные выражения.

6. 1. 3 Графоаналитический способ построения нелинейной функции преобразования x y 1 y 2 y 3=y y 1=f 1(x) y 2=f 2(y 1) x y 2 y 3=f 3(y 2) y 3=y=f(x) y 3

x y 1 y 2=y y 1=f 1(x) y 2=f 2(y 1) x y 2 y 3=y=f(x)

6. 1. 4 Случай степенных преобразователей x y 1 Функция преобразования СИ Чувствительность СИ: y 2 y 3=y

Мультипликативная погрешность СИ: ↓ Погрешность СИ зависит от расположения звеньев в приборе ↓ звено с большой погрешностью (если ni>1) следует ставить как можно ближе к выходу СИ.

↓ Погрешность на входе много меньше чем на выходе. ↓ отношение погрешности на выходе к погрешности на входе:

6. 1. 5 Влияние порогов реагирования Постановка задачи: Рассмотрим трехзвенное СИ. Предположим, что все звенья линейные и содержат погрешность нуля (порог реагирования). Найдем общий порог реагирования, приведенный ко входу СИ. x y 1 y 2 y 3=y

y 1 x y 2 y 3

ВЫВОДЫ: 1. Те звенья, порог реагирования которых высок, должны располагаться ближе к выходу СИ (при условии, что чувствительности звеньев ki>1). 2. Звенья, расположенные после интегрирующего звена, не вносят погрешность за счет порогов реагирования.