Вопрос 6.

1.7. Абсолютная, относительная, приведённая погрешности измерительного прибора.

Абсолютной погрешностью измерительного прибора называется разность между его показанием и истинным значением измеряемой величины. Так как истинное значение измеряемой величины установить невозможно, в измерительной технике используется так называемое действительное значение, полученное с помощью образцового прибора [1-2].

Δ = Х_п — Q₀ ,

где Х_п — значение, полученное при измерении величины рабочим измерительным прибором; Q₀ — действительное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерительного прибора - это отношение абсолютной погрешности к действительному значению, выраженное в %:

.

При вычислении относительной погрешности абсолютную погрешность можно также относить к показанию рабочего прибора X_п.

Приведённая относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к нормирующему значению:

,

где Х_норм - чаще всего диапазон шкалы измеряемого прибора

1.8. Класс точности приборов

Обобщенной характеристикой средств измерения является класс точности, определяемый предельными значениями допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерения, влияющими на точность, значение которых устанавливается в стандартах на отдельные виды средств измерений. Класс точности средств измерений характеризует их точностные свойства, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих средств.

В настоящее время в нашей стране используются два вида классов точности:

1) по абсолютным погрешностям (порядковые номера классов);

2) по относительным приведенным погрешностям (отношение абсолютной погрешности Δ к диапазону шкалы прибора, выраженное в процентах).

Вопрос 7.

Вопрос 8.

Работа пьезоэлектрического датчика основана на физическом явлении, которое называется пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект проявляется в некоторых кристаллах в виде появления на их гранях электрических зарядов разных знаков при сжатии кристалла в определенном направлении. Пьезоэлектрические датчики относятся к генераторному типу. Пьезоэлектрические датчики используются в автоматике для измерения давлений, вибраций, ускорений, других параметров быстропротекающих процессов.

Типичным представителем пьезоэлектриков, достаточно широко применяемым при построении датчиков в приборах для измерений механических величин (силы, давления, ускорения и пр.), является кварц. Однако в последние десятилетия при измерениях ряда других неэлектрических величин в качестве датчиков используются такие разновидности пьезоэлектриков, как пироэлектрики, сегнетоэлектрики и сегнетоэлектрические пьезокерамики.

Пироэлектрики представляют собой особую разновидность пьезоэлектрических кристаллов, поляризующихся при всестороннем гидростатическом давлении и тепловом расширении, откуда и происходит название «пироэлектрики». Их типичным представителем является турмалин.

Сегнетоэлектрики входят в группу пироэлектрических кристаллов. Одни и те же кристаллы в зависимости от температуры могут быть как сегнетоэлектриками, так и линейными кристаллами. Температура, при которой сегнетоэлектрическая структура кристалла преобразуется в структуру линейного кристалла или в другую сегнетоэлектрическую структуру, называется точкой Кюри. Вблизи этой точки высокая поляризация при действии механических напряжений и температуры или очень большое изменение диэлектрической проницаемости е при действии температуры проявляются особенно сильно. Сегнетоэлектрические монокристаллы сегнетовой соли и титаната бария практически не используются в измерительной технике из-за относительно низкой стабильности свойств и трудности получения бездефектных монокристаллов. Значительно чаще применяются сегнетоэлектрические пьезокерамики, представляющие собой продукт отжига спрессованной смеси, состоящей из мелкораздробленного кристалла с присадками. Сырьем для производства пьезокерамики служат титанат бария, титанат свинца и цирконах свинца с точками Кюри соответственно 120, 500 и ~230°С. Пьезоэлектрический датчик подобен электрическому конденсатору. Количество электричества q, появившееся под воздействием механической силы, заряжает грани пьезоэлемента и соединенные с ним проводники до напряжения U, определяемого как U ^гД^е С - емкость между проводниками (включая емкость пьезоэлемента).

Проволочный тензодатчик в технике измерений неэлектрических величин используются по двум направлениям. Первое направление - использование тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной входной величиной преобразователя является давление окружающего его газа или жидкости. В этом случае преобразователь представляет собой катушку провода (обычно манганинового), помещенную в область измеряемого давления (жидкости или газа). Выходной величиной преобразователя является изменение его активного сопротивления. Второе направление - использование тензоэфффекта растягиваемой проволоки из тензочувствительного материала. При этом тензопреобразоатели применяются в виде «свободных» преобразователей и в виде наклеиваемых.

«Свободные» тензопреобразователи выполняются в виде одной или ряда проволок, закрепленных по концам между подвижной и неподвижной деталями, и, как правило, выполняющих одновременно роль упругого элемента. Естественной входной величиной таких преобразователей является весьма малое перемещение подвижной детали.

Устройство наиболее распространенного типа наклеиваемого проволочного тензодатчика изображено на рисунке 4.16. На полоску тонкой бумаги или лаковую пленку наклеивается уложенная зигзагообразно тонкая проволока диаметром 0,02 - 0,05 мм. К концам проволоки присоединяются выводные медные проводники. Сверху преобразователь покрывается слоем лака, а иногда заклеивается бумагой или фетром.

Датчик обычно устанавливается так, чтобы его наиболее длинная сторона была ориентирована в направлении измеряемой силы. Такой преобразователь, будучи приклееным к испытуемой детали, воспринимает деформации ее поверхностного слоя. Таким образом, естественной входной величиной наклеиваемого преобразователя является деформация поверхностного слоя детали, на которую он наклеен, а выходной - изменение сопротивления преобразователя, пропорциональное этой деформации. Обычно наклеиваемые датчики используются много чаще ненаклеиваемых. Измерительной базой преобразователя является длина детали, занимаемая проволокой. Наиболее часто используются преобразователи с базами 5-20 мм, обладающие сопротивлением 30 - 500 Ом.