Реферати українською » Коммуникации и связь » Характеристики засобів вимірювань


Реферат Характеристики засобів вимірювань

Страница 1 из 2 | Следующая страница

1.Метрологические характеристики

>Расчет класу точності

Клас точності єобобщенной метрологічної характеристикою коштів вимірів (СІ) й межами що допускаються похибок, і навіть іншими властивостями СІ, впливають на точність вимірів. Клас точності вказується в супровідній документації на СІ чи шкалоюотсчетного пристрої у формі позначення, відповідного формі висловлювання междопускаемой основний похибки по ГОСТ 8.401-80.

Вихідні дані:

- верхня межа вимірів.

>Предпочтительное значення вимірюваною величини x має відповідати приблизно 0.75 від верхньої межі вимірів:

Межа допустимих основних похибок п'єзоелектричних перетворювачів з таблиці (ГОСТ 3044-74)

Де складова єаддитивной складової, а складова -мультипликативной.

b=

>Расчет чисельного значення класу точності зводиться до визначення постійних з іd з урахуванням, що2<c/d<20, сек. іd знайдемо по формулам:

;

,

де з іd – позитивні числа.

Значення з для приладів змінного струму мусить знаходитися межах0.01<c<0.1.

Отримане значенняс=0.04 входить у задані межі.

Клас точності:

Межідопускаемой відносної основний похибки встановлюють за такою формулою:

Абсолютна похибка

Визначення вихідного коду та її параметрів

Вихідний код та її параметри вибираються по ГОСТ 26.014-81 «>ЕССП. Кошти вимірів і автоматизації. Сигнали електричні кодовані вхідні і вихідні».

 На вхід аналого-цифрового перетворювача (>АЦП) із виходу аналогового каналу надходить сигнал P.S із певною похибкою;АЦП рахунок квантування аналогового сигналу вносить додаткову похибка. Через війну величина Z не вдомаАЦП матиме деяку похибка. Приаддитивном характері складових похибки і результуюча похибка визначатиметься:

Сумарна середнєквадратическое відхилення (>с.к.о.) похибки перетворення:

, (1)

де: -с.к.о. похибки аналогового сигналу;

-с.к.о. похибкиАЦП рахунок квантування;

P.S - крок квантування, якому відповідав би похибка

Тут,т.к.для вхідного сигналу прийнятий Закон рівномірного розподілу.

Вплив складової,распределенной рівномірно, спричиняє їх композиції до зменшення довірчих інтервалів при заданої довірчій ймовірності проти нормальним законом. Якщо ставлення0.5S/s=0.1…1.0, то довірчий інтервал ±>1.7z має довірчу ймовірністьP=0.98. При відношенні0.5S/s<0.1 приР=0.99 довірчий інтервал дорівнюватиме ±>2z.

За відсутності систематичних похибок і прийняття припущення у тому, що випадкова похибка розподілено нормально, можна встановити залежність міжприведеннойдопускаемой похибкою іс.к.о. цієї похибки.

За цих умов 95% значень випадкової похибки у межах від ->2s до +>2s.

Приймемо

,

звідки

Якщос.к.о. похибки від квантування прийняти рівнимs,то

сумарнес.к.о. внаслідок квантування відповідно до (1) поповнюється 41% порівняно зs.

Якщо прийняти цеS=s, сумарнес.к.о. збільшується лише з4%,т.е. у разі квантування майже змінитьс.к.о. сумарною похибки. Цьому співвідношенню відповідає мінімально дозволене ставленняс/d=2, встановлений ГОСТ 14014-82 і відповідне рівностіаддитивной імультипликативной складових похибок.

Крок квантування (ціна одиниці молодшого розряду коду)

де;

;


Номінальне число щаблів квантування (що дозволяє здатність)

Кількість розрядів коду

Вигляд коду: двоїчний нормальний

Функція перетворення (статична функція перетворення) - функціональна залежність між інформативними параметрами вихідного і вхідного сигналів.

При визначенні функції перетворення враховуємо, що аналоговий канал є лінійну ланцюг прямого перетворення послідовного типу.

Номінальна функція перетворення:

де ,К1,К2,КЗ,К4 - коефіцієнти перетворення окремих ланок ланцюга

Отже, номінальна функція перетворення має вигляд:

>U=k*k*k (T),


де U- напруга;

>k1 – коефіцієнт перетворення термопари;

>k2 – коефіцієнт перетворення підсилювача;

>k3 – коефіцієнт перетворення фільтра;

Т – температура.

Чутливість СІ – прирощення інформативного параметра вихідного сигналу y СІ до який викликав його збільшенню інформативного параметра вхідного сигналу x:

При лінійної статичної характеристиці перетворення чутливість постійна і дорівнює:

де       

демВ-термоЭДС термоелектричних термометрів типуТХА стандартноїградуировкиХА за нормальної температури вільних кінців0С ГОСТ 3044-74

>Фильтруемий посилений сигнал не змінюється за частотою.

Поріг чутливості – найменше зміна вхідний величини,обнаруживаемое з допомогою даного СІ. Значення порога чутливості аналогового каналу,предвключенного до цифровому СІ повинно бути менше ціни розподілу молодшого розряду вихідного коду, тому приймаємо його рівним 0.01 кг.

2 Динамічні характеристики

Динамічні характеристики - характеристики інерційних властивостей СІ, що визначають залежність вихідного сигналу від мінливих у часі величин: параметрів вхідного сигналу, зовнішніх впливають величин, навантаження.

Загальна передатна функція має вигляд:

До (>р)общ=k(р)*k(р)*k(р).

де;

>k1(р)– передатна функція термопари;

>k2(р)– передатна функція підсилювача;

>k3(р)– передатна функція фільтра

р – операторЛапласа.

Коефіцієнтдемпфирования щоб уникнути можливості резонансних явищ ні перевищувати 0.8

Перехідна характеристика для аналогового каналу, за своїми динамічнимсвойствамимеет вид:

 (2)

де –стала часу датчика;

>0 – власна частота ланки;

Значення вихідного сигналуh(t) вибираємо з умови, що повинна відрізнятиметься від встановленого значення максимум, ніж встановленийТЗ значеннядоп=0.04.

Час встановлення показань визначаємо по тимчасової характеристиціh(t), вирішуючи рівняння (2) щодоt:

Вихідні дані

>h(t)=0.04 – тимчасова перехідна характеристика;

>=

>Кобщ=0.00625

Підставляючи числові дані в рівняння (2), вирішуємо його щодо

часу встановлення показань

3. Експлуатаційні характеристики

Експлуатаційні характеристики: кліматичні і механічні впливу, встановлюються для нормальних чи робочих умов застосування і граничних умов транспортування (ГОСТ 14014-82).

Нормальні умови застосування характеризуються сукупністю значень чи областей значень впливають величин, прийнятих за нормальні. Встановлюються по ГОСТ 22261 – 82 і ГОСТ 8.395 – 80.

Робітники умови застосування – сукупність значень впливає величини, які йдуть межі робочої області значень, внормовують додаткову похибка чи зміну показань СІ. Встановлюються по ГОСТ 22261 – 82.

4. Показникинадежности

Показникаминадежности для розроблюваного цифрового устрою є безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність.

Як характеристики безвідмовності встановлено напрацювання відмовитися, рівна 1500 годин.

Як характеристики довговічності прийнято середній термін їхньої служби до списання, що має бути щонайменше 8 років.

>Ремонтопригодность характеризується середнім часом відновлення, яке вибираємо щонайменше 2 годин.

5. Вимоги безпеки

Вимоги по електробезпеки по ГОСТ 12.2.097-83.

Вимоги до основних елементів конструкції, органів управління, засобам захисту, безпеки ремонту, монтажу, зберігання у ГОСТ 12.2.003-74, ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22251-76.

6. Показникипомехозащищенности

Показникипомехозащищенности, кошти й методи перевірки: встановлено на основі ГОСТ 1014-82.

1 Основна схема типовою контрольно-вимірювальної системи

У термінах електроніки вимірювальний перетворювач визначається зазвичай як прилад, перетворюючийнеелектрическую фізичну величину (звану вимірюваною фізичної величиною) в електричний сигнал, навпаки. Є, звісно, і виключення від цього правила.

Звідси випливає, що вимірювальні перетворювачі використовують у електронних системах їх, т. е. в технічних пристроях з електричним сигналом, які відображають результат вимірів чи спостережень. З іншого боку, вимірювальний перетворювач можна використовувати не вдома системи, щоб, скажімо, генерувати механічне спрямування залежність від електричного управляючого сигналу. Прикладом реалізації перетворювачів є довідкова система, у якій мікрофон (вхідний перетворювач) перетворює звук (вимірювану фізичну величину) в електричний сигнал. Останній посилюється, та був надходить на гучномовець (вихідний перетворювач),вос продукує звук більш гучний, ніж той, що сприймається мікрофоном.

Досить часто яка вимірюється величина відповідно до її визначенню просто вимірюється електронної системою, а отриманого результату лише відображається чи запам'ятовується. Однак у окремих випадках виміру утворюють вхідний сигнал керуючої схеми, яка служить або для регулювання вимірюваною величини щодо деякого заздалегідь встановленого рівня, або керувати перемінної завбільшки відповідність до вимірюваною. Попри очевидне часткове дублювання вимірювальних перетворювачів у тих двох прикладах, прийнято розрізняти ці галузі використання перетворювачів, іменуючи їхні відповідно контрольно-вимірювальне обладнання та котра управляє.

На рис. 1.1, а представлені основні складові типовою контрольно-вимірювальної системи. Безумовно, в усіх вони повинні мати місце у кожному конкретному випадку застосування цих систем. На рис.1.1.б зображено в спрощеному вигляді типова систему управління. По суті, частина системи управління контрольно-вимірювальної системою. Отже, у сфері справжнього доповіді вимірювальні перетворювачі і схеми поєднання його з іншим устаткуванням систем (інтерфейси) слід розглядати з спільних позицій, хоча надалі буде зроблено посилання конкретні сфери їхньої використання.


Розглядаючи рис. 1.1, слід зупинитися наступних головних моментах.

>Измеряемая величина — це підлягаючий виміру фізична величина, наприклад: прискорення, переміщення, сила, витрата, рівень, становище, тиск, механічне напруга, температура, швидкість тощо. п. У окремих випадках вимірюваною може бути електрична, величина, така, як струм, напруга чи частота, яка перетворюється на електричний сигнал, придатний використання їх у інших частинах системи. При, цьому вимірювальний перетворювач є електричним перетворює елементом.

Вхідний перетворювач, перетворюючий вимірювану величину в електричний сигнал, — це прилад, придатний використання їх у інших частинах системи. Щоправда, хоча вхідні перетворювачі генерують електричний вихід, існують, проте, зокрема і такі, які мають іншу природу вихідного сигналу, наприклад тиск повітря, але перетворювачів небагато і вони не розглядаються. Перетворювачі з неелектричним виходом застосовують у ролі чутливих елементів вимірювальних перетворювачів чи служать для перетвореннянеелектрического сигналу в електричний. Усі функції перетворювачів є аналоговими, у загальному разі (за малим винятком) їх сигнали також аналогові.

Лінії зв'язку — це лінії між вхідним перетворювачем і той частиною системи. Таких ліній у точному смислі може, інколи і не, якщо, скажімо, вхідний перетворювач розміщається за кілька сантиметрів одної частини системи. Якщо ж вона розташований іншому відстані не від системи, маємо бути вжито крок до тому, щоб лінії зв'язку не впливали або слабко впливали на ефективності роботи системи.

Там, де у системі наявні істотні лінії зв'язку, потрібно чи6oлee каскадів поєднання сигналів, щоб малий вихідний сигнал вхідного перетворювача посилити, піддатианалого-цифровому перетворенню, фільтрації, модуляції тощо. п. Це потрібно, щоб інформація, видана первинним перетворювачем, не губилася під час передачі її решти частинам системи. Такі каскади можуть містити і схеми обробки сигналу, у яких які у сигналі вхідного перетворювача дані піддаються цифровому опрацюванні, а результуючий сигнал чи результати обчислень може бути відбито на дисплеї,запомнени чи використані цілях управління.Сопряжение сигналів може здійснюватися у кількох точках системи.

У окремих випадках дуже складно зробити висновок у тому, де у системі аналогові сигнали перетворювачів стають даними. Тому часто неможливо розрізняти каскади формування аналогового сигналу і методи обробки даних. На щастя, ця різниця є досить значним.

>Отображающие чи запам'ятовуючі прилади — це прилади, якіиндицируют поточне значення вимірюваною величини для зручності роботи оператора системи чи запам'ятовують відповідну інформацію на її подальшого використання.

Що стосується керуючої системи (рис. 1.1, б) застосовуються деяких видівкомпарирующих приладів, виділені на порівняння оброблюваних даних із деякими опорними значеннями й отриманняразностного сигналу.

Працюючий поразностному сигналу вихідний перетворювач використовується керувати вимірюваною величиною.

Безумовно, наведені на рис. 1.1 приклади систем містять в повному обсязі типи каскадів формування та обробки сигналів і відбивають всіх режимів роботи контрольно-вимірювальних і більше управляючих систем.

Власне кажучи, принципи роботи вхідних і вихідних перетворювачів досить прості. Звісно, режими їхньої роботи значно відрізняються одна від друга -вхідні перетворювачі зазвичай йдуть на перетворення змін вимірюваною величини в слабкий електричний сигнал, а вихідні перетворювачі перетворять потужний сигнал в сильне переміщення. Через це слід розглядати два різних типи приладів. У доповіді йдеться про вхіднихпреобразователях, що є сприймають елементами електронних систем.

Структурна схема будь-якого перетворювача

Будь-який перетворювач можна як пристрій, структурна схема якого представлена на рис. 1.4. Тут чутливий елемент сприймаєзмеряемое властивість об'єкту і перетворює їх у іншу фізичну величину. Потім перетворюючий елемент перетворює цю фізичну величину в електричний сигнал, значення відповідає рівню вимірюваного властивості об'єкта. Іншими можливими частинами вимірювального перетворювача є схеми формування сигналу і продукти харчування.


 

>Рис. 1.4. Структурна схема вимірювального перетворювача, куди входять у собі елементи, загальні всім типів перетворювачів. Показані в пунктирних лініях елементи можуть у деякихпреобразователях відсутні

Чутливий елемент перетворює вимірювану частина фізичної величини у таку фізичну величину, яка сприймається і виміряти перетворює елементом. З цього думки і сам чутливий елемент так можна трактувати, слід сказати, як перетворювач.

>Пьезоелектрические перетворювачі

Прямий п'єзоелектричний ефект.

У кристалічних діелектриках різна заряджені іони вміщено у певному порядку, створюючи кристалічну грати. Оскількиразноименно заряджені іони чергуються і як розташовані тож їхні заряди взаємно компенсуються, загалом кристал електрично нейтральний. Електрична структура кристала, симетричного щодо осі чи площині, схематично показано малюнку 2.1.

Малюнок 2.1 - Електрична структура кристаладиелектрика, симетричного щодо осі (площині)

У якому напрямі осі X іони різних знаків чергуються і взаємно компенсують свої заряди. При дії на кристал силиFх у бік X кристалічна решітка деформується, відстані між позитивними і негативними іонами змінюються, і кристалелектризуется у цьому напрямі. На його гранях, перпендикулярних осі X, з'являється заряд:

>q=d11Fx (2.1)

пропорційний силіFx. Коефіцієнтd11, залежить від речовини та її стану, називаєтьсяпьезоелектрическим модулем. Індекси при коефіцієнтіd визначаються орієнтацією сили та межі, де з'являється заряд, щодо кристалічних осей. При зміні орієнтації п'єзоелектричний модуль змінюється.Электризация кристала під впливом зовнішніх сил називається прямимпьезоеффектом. Речовини, які маютьпьезоеффектом, називаютьсяпьезоелектриками. Для виготовлення вимірювальних перетворювачів найбільше застосування знайшли природні кристали кварцу і штучні п'єзоелектричні матеріали -пьезокерамики.

>Кварц (SiO2).Призматическая частина кристала кварцу і місцезнаходження кристалічних осей показані малюнку 2.2.

Х- електрична вісь; V- механічна вісь; 2- оптична вісь

Малюнок 2.2 - Кристал кварт

Вісь X - електрична, вісь Y - механічна, вісь Z - оптична. Для використання їх у вимірювальнихпреобразователях з кристалу вирізує платівка. При дії на платівку сил вздовж осей X чи Y відбувається поляризація кристала. На гранях, перпендикулярних осі X, з'являються заряди:

>q =d11Fx чиq =d11(Qx-Qy)Fy (2.2)

деFx іFy - відповідні сили;Qx іQy площі граней, перпендикулярних осях X і Y;d11=d12=2,31*10-12К/Н - п'єзоелектричнімодули.Возникновение заряду під впливом силиFx називається подовжнімпьезоеффектом, виникнення заряду під впливомFy -поперечнимпьезоеффектом. Дія силиFz вздовж осі Z бракує ніяких електричних зарядів.

Єпьезо-ЭДС на електродахпьезоелемента; З- власна ємністьпьезоелемента; С1- сумарна ємність кабелю я входу підсилювача; R- вхідний опір підсилювача

Малюнок 2.3 - Спрощена еквівалентна схема п'єзоелектричного перетворювача, з'єднаний з вольтметром

>Кварцевая платівка має високий міцність.Допустимие напруги можуть досягати (0,7- 1) 108Н/м2, що дозволяє прикладати до неї великі обчислювані сили. Вона має великий модуль пружності, що зумовлює її високу жорсткість і дуже мале власний внутрішній тертя. Остання обставина визначає високу добротність виготовлених із кварцу платівок.Кварцевие платівки йдуть на виготовлення перетворювачів,измеряющих тиск і сила.

>Кварц - матеріал із високим твердістю, він важко обробляється і може

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація