Средства измерений прямого преобразования

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Структурные схемы приборов прямого и уравновешенного преобразования

1.1.Средства измерений прямого преобразования

1.2.Средства измерений уравновешивающего преобразования

2.Время-импульсный цифровой вольтметр

3.Задача 1.14

4.Задача 4.07

5.Задача 6.07

Выводы

Литература

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Проблема качества изделий электронной техники охватывает широкий круг вопросов, при решении которых существенное значение имеют взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.

Взаимозаменяемость связывает в единое целое конструирование, технологию производства и контроль изделий.

Стандартизация и унификация деталей и элементов конструктивной и схемотехнической базы электронной аппаратуры способствуют ускорению и удешевлению конструирования и производства изделий.

Разработка, изготовление и эксплуатация электронной аппаратуры сопряжено с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация может быть использована как в целях собственно измерения (нахождения значений физических величин), так и для выработки соответствующих суждений в процедурах контроля и диагностики и управляющих воздействий в системах управления. Так как измерительная техника является основным средством получения объективной информации о свойствах используемых объектов, то повышение качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обеспечения производства и состояния измерительной техники. Совершенствование электронной аппаратуры требует опережающего развития метрологии., поскольку для разработки аппаратуры с улучшенными техническими характеристиками необходимы более точные методы и средства технического контроля.

Цель курса «Основы метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации» - дать представление о месте и роли метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации в решении задач повышения технического уровня и качества изделий электронной техники; дать основы знаний по теории измерений и теории погрешностей измерений; дать общие сведения о взаимозаменяемости и ее размерной составляющей, о размерах и допусках на размер, о различных характерах соединений деталей и способах их обеспечения; дать основные понятия в области стандартизации, ее нормативных документах, о стандартизации в различных сферах деятельности человека.

Цель контрольной работы – изучить основные понятия и опреределения в области метрологии, основные вопросы теории измерений, теорию погрешностей измерений.

Структурные схемы приборов прямого и уравновешенного преобразования

Средства измерений прямого преобразования

Структурная схема средства измерений прямого преобразования показана на рис. 1.1, где П₁, П ₂,.... П _n — звенья; х₁, x ₂ , ..., х_п — информативные параметры сигналов. В дальнейшем при математическом анализе информативные параметры будут именоваться сигналами или величинами.

Рис. 1.1. Структурная схема средства измерений прямого преобразования

Как видно из рис. 1.1, входной сигнал х последовательно претерпевает несколько преобразований и в конечном итоге на выходе получается сигнал х_п.

Для измерительного прибора сигнал х_п получается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например в виде отклонения указателя отсчетного устройства. Для измерительного преобразователя сигнал х„ получается в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.

Примером электроизмерительного прибора, имеющего структурную схему прямого преобразования, может быть амперметр для измерения больших постоянных токов. В этом приборе измеряемый ток вначале с помощью шунта преобразуется в падение напряжения на шунте, затем в малый ток, который измеряется измерительным механизмом, т. е. преобразуется в отклонение указателя.

Чувствительность (коэффициент преобразования) средства измерений, имеющего структурную схему прямого преобразования,

S= = …. = k ₁ , k ₂ …. k_n (1.1)

где k ₁ = ; k ₂ = ;…….; k_n =  - коэффициенты преобразования отдельных звеньев. При нелинейной функции преобразования чувствительность и коэффициенты преобразования зависят от входного сигнала.

Мультипликативная погрешность возникает при изменении коэффициентов преобразования. С течением времени и под действием внешних факторов коэффициенты k ₁ , k ₂ ..... k_n могут изменяться соответственно на Δk ₁, Δk ₂,….., Δk_n. При достаточно малых изменениях этих коэффициентов можно пренебречь членами второго и большего порядка малости, и тогда относительное изменение чувствительности

ΔS/S = Δk_l/k_l+Δk₂/k₂ + ...+Δk_n / k_n. (1.2)

Изменение чувствительности приводит к изменению выходного сигнала на Δх_п= (S+ ΔS ) x - Sx = ΔSx . Этому изменению выходного сигнала соответствует абсолютная погрешность измерения входной величины

Δх_п= Δх_п /S = xΔS /S. (1.3)

Как видно из выражения (1.3), погрешность, вызванная изменением чувствительности, является мультипликативной. Относительная мультипликативная погрешность измерения δ_м = = ΔS / S.

Аддитивная погрешность вызывается дрейфом «нуля» звеньев, наложением помех на полезный сигнал и т. д., приводящих к смещению графика характеристики преобразования i-го звена на Δx_oi, как показано на рис. 1.2. Аддитивную погрешность можно найти, введя на структурной схеме после соответствующих звеньев дополнительные внешние сигналы Δх_о1, Δх_о2,….,Δх_0п, равные смещениям характеристик преобразования звеньев.

Рис. 1.2. Характеристика преобразования звена

Для оценки влияния этих дополнительных сигналов пересчитаем (приведем) их к входу структурной схемы. Результирующее действие всех дополнительных сигналов равно действию следующего дополнительного сигнала на входе:

Δx ₀ = Δx ₀₁ / k ₁ + Δx ₀₂ /( k ₁ k ₂ )+... + Δx _{0 n} /( k ₁ k ₂ ... k_n ). (1.4)

Результирующая аддитивная погрешность равна Δх_о. Таким образом, как следует из (1.2) и (1.3), в средствах измерений, имеющих структурную схему прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными звеньями, и это затрудняет изготовление средств измерений прямого преобразования с высокой точностью.