2.3 Линейная реакция второго порядка
На рис.9 показана переходная характеристика другого преобразователя для ступенчатого изменения измеряемой величины. Выходное значение сигнала колеблется около конечного значения (с так называемой кольцевой частотой) прежде чем его достигнуть.
Рис. 9 Переходная характеристика линейного преобразователя второго порядка:
1 — мгновенное изменение измеряемой величины; 2 — выброс кривой; КЗ — конечное значение
Максимальное значение выброса имеет пик первого колебания. Если чувствительный элемент преобразователя работает в режиме свободных колебаний, то его частота называется собственной угловой частотой ώn, не обязательно равной кольцевой частоте.
На рис. 10 показана переходная характеристика преобразователя для трех типов демпфирования: недостаточное демпфирование, которое дает такую же переходную характеристику; передемпфирование; критическое демпфирование. Критическое демпфирование является идеальным для такого преобразователя.
Рис. 10. Эффект демпфирования выходной переходной характеристики линейного преобразователя второго порядка:
1—недостаточное демпфирование; 2 - критическое демпфирование; 3 — передемпфирование
Отношение действительного демпфирования к степени демпфирования, необходимого для критического демпфирования, называется отношением демпфирования. Для описания преобразователей с линейной характеристикой второго порядка требуются две величины: отношение демпфирования b и собственная угловая частота ώn.
Нормализованные кривые переходных характеристик приложимы к любым измерительным преобразователям с линейной АЧХ второго порядка (рис. 11).
Рис. 11 Нормализованные кривые переходных характеристик линейных преобразователей второго порядка, с помощью которых переходная характеристика любого преобразователя с линейной реакцией второго порядка может быть вычислена при известном значении степени демпфирования: Xf— конечное значение; хr— реакция
2.4 Преобразователи с линейными характеристиками первого и второго порядка
Единственно, чем отличаются преобразователи с характеристикой первого порядка от преобразователей второго порядка: в математическом представлении переходной характеристики первых из них имеется уравнение, в котором максимальным порядком производной по времени является производная первого порядка.
Внешние условия определяют работу прибора при изменениях измеряемой величины, наличии механических перемещений или других эффектах, вызванных внешними воздействующими факторами.
Надежность — это способность преобразователя правильно работать в известных статических, динамических и внешних условиях в течение определенного периода времени. Существует большое число механизмов и процессов, приводящих к отказам. Общими типами отказов являются следующие:
1) внезапные отказы, при которых компоненты отказывают без предупреждения;
2) постоянные отказы, которые можно предсказать;
3) частичные отказы, характерные тем, что преобразователь еще работает, хотя результаты его проверки находятся вне установленных допусков;
4) полные отказы;
5) катастрофические отказы, являющиеся и внезапными, и полными;
6) деградационные отказы, являющиеся и постепенными, и частичными.
Изготовители устанавливают вероятность отказов. Если существует вероятность возникновения отказа определенного компонента, оценить его безотказную работу можно с помощью среднего времени между отказами (MTBF):
|
(4) |
Если компоненты преобразователя являются невосстанавливаемыми, то вероятность появления отказов характеризуется средним временем до отказа (— MTTF), причем
MTTF = Время до каждого отказа + Общее время использования + Продолжительность замен/Число прерывании в работе
Долговечность компонентов иногда представляют графически в виде ваннобразной кривой (рис. 12).
Рис. 12 Ваннообразная кривая изменения скорости отказов компонентов преобразователей во времени:
1 — период выжигания; 2 — период полезной работы; 3— период износа
Отказы в течение 1 периода (период выжигания) называются ранними отказами. Далее следует период, называемый периодом полезной работы. Во время периода износа отказы называются износовыми.
3. Физико-технические эффекты, лежащие в основе преобразователей измерительной информации.