Структурные схемы средств измерения. Измерительные цепи приборов прямого преобразования и уравновешивания.
Структурная схема – условное изображение СИ с указанием преобразуемых величин, из которых она состоит. Структурную схему обычно разбивают на структурные единицы с указанием их назначения и взаимосвязи. Структурные единицы не являются аналогами конструктивных узлов, блоков. В одном конструктивном блоке может осуществляться несколько измерительных преобразований.
В средстве измерений прямого преобразования выполняется ряд последовательных преобразований измерительных сигналов хi. В итоге входной сигнал х преобразуется в выходной – у, в форме, доступной для восприятия наблюдателем, либо удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.
Чувствительность S линейного средства измерения, имеющего структурную схему прямого преобразования ,
S =
=
×Ч
×Ч×Ч×Ч
= k1×Чk2
×Ч×Ч×Ч
kn, (1 ) где k1 =
;
k2 =
;
kn =
– коэффициенты преобразования
(чувствительности) отдельных звеньев.
Изменение чувствительности приводит к изменению выходного сигнала на значение DDy = (S + DDS)x – S x = DDSx. Этому изменению выходного сигнала соответствует абсолютная погрешность измерения входной величины
DDx
=
=
,(
2 ) где ddS = DDS/S
– относительная мультипликативная
погрешность измерения.
Мультипликативная погрешность является систематической погрешностью чувствительности. Оценку случайных погрешностей выполняют с учетом их законов распределения и коррелированности.
.
Измерительные цепи со следящим статическим уравновешиванием выполняют в виде мостов, компенсаторов для измерения как электрических, так и неэлектрических величин.
Схема СИ уравновешивающего преобразования состоит из предварительного преобразователя, цепей прямого и обратного преобразования. Цепь прямого преобразования имеет коэффициент передачи k, кратко «цепь K», а и цепь обратного преобразования – коэффициент передачи bb, кратко «цепь bb».
Измеряемая величина x преобразуется в цепи К в величину y, которая поступает на обратный преобразователь и указатель. В результате на выходе обратного преобразователя возникает величина x¢ў, которая поступает на вход цепи К. Таким образом, в различных точках схемы уравновешивающего преобразования действуют следующие сигналы:
DDx - разность уравновешиваемых величин на входе цепи К DDx = x – x¢ў,
y - выходная величина у = kDDx,
x¢ў - уравновешиваемая величина на выходе цепи обратной связи x¢ў = bb×Чу.
Зависимость между выходным сигналом и входным: у = kDDx = k(x – x¢ў) = k(x – уbb);
у + уbb = kx;
у =
- как видно из Ур-я, при установившемся
режиме выходной сигнал пропорционален
входному и зависит от коэффициентов
преобразования цепи как обратного, так
и прямого преобразования.
Общая погрешность цепи со статическим уравновешиванием зависит от мультипликативной погрешности цепи обратного преобразования. Чисто мультипликативный характер систематической погрешности, позволяет легко ее устранить при градуировке прибора и не ограничивает рабочего диапазона прибора.
Преимущество: высокое быстродействие, т. е. возможность обеспечения весьма широкого частотного диапазона
Недостатки: опасность автоколебаний СИ и относительно малая точность.