
- •Електронний підручник з дисципліни
- •Лекція 2 Розділ 1. Основи метрологічного забезпечення.
- •Тема 1.1 Метрологія – наукова основа вимірювань.
- •1.1.2 Сигнали вимірювальної інформації.
- •1.1.3 Завади, шуми, наводки в каналах вимірювальних пристроїв
- •Лекція 3
- •1.2.2 Систематичні похибки. Способи зменшення систематичних похибок.
- •1.2.3 Випадкові похибки вимірювання
- •Лекція 4
- •1.2.5 Динамічні похибки вимірювання
- •1.2.6 Підвищення точності засобів вимірювання
- •1.2.7 Класи точності та позначення вимірювальних приладів
- •Метрологічне забезпечення вимірювання.
- •1.3.2 Поняття про метрологічне забеспечення та його основи
- •1.3.3 Мета та основні завдання метрологічного забеспечення
- •1.3.4 Єдність і точність вимірювання
- •Лекція 6
- •1.3.5 Одиниці фізичних величин. Еталони одиниць фізичних величин. Міжнародна система одиниць сі.
- •1.3.6 Державна система забезпечення єдності вимірювань.
- •1.3.5 Одиниці фізичних величин. Еталони одиниць фізичних величин. Міжнародна система одиниць сі.
- •1.3.6 Державна система забезпечення єдності вимірювань
- •Лекція 7 Засоби вимірювання.
- •1.4.1 Засоби вимірювання, за допомогою яких здійснюють операції вимірювання
- •1.4.2 Метрологічні характеристики і класи точності засобів вимірювання
- •1.4.3. Структури засобів вимірювання
- •1.4.4 Класифікація вимірювальних приладів
- •Метрологічна служба України та її функції.
- •1.5.2 Функції державної метрологічної служби
- •1.5.3 Загальні положення та завдання метрологічної експертизи
- •1.5.4 Метрологічна атестація засобів вимірювальної техніки Загальні положення
- •1.5.5 Метрологічна перевірка засобів вимірювальної техніки Загальні положення
- •Розділ 2. Вимірювання параметрів електро і радіоланцюгів.
- •Вимірювальні перетворювачі струму та напруги.
- •2.1.1 Електромеханічні: магнітоелектричні та електромагнітні перетворювачі
- •2.1.2Електродинамічні, феродинамічні, електростатичні та індукційні перетворювачі
- •2.1.2 Електродинамічні, феродинамічні, електростатичні та індукційні перетворювачі
- •2.1.2 Масштабні вимірювальні перетворювачі
- •2.1.3 Вимірювальні підсилювачі
- •2.1.4 Вимірювальні трансформатори струму та напруги
- •2.1.5 Вимірювальні перетворювачі змінних напруг та струмів: діючих, середніх амплітудних значень
- •2.1.6 Фазочутливі перетворювачі,і перетворювачі напруг та струмів в частоту, часові інтервали
- •Аналого-цифрові (ацп) та цифроаналогові (цап)
- •2.1.7 Перетворювачі неелектричних величин. Тензоперетворювачі.
- •2.1.8 Терморезистивний, індуктивний та ємнісний перетворювачі.
- •2.2.1 Різновидності приладів. Умовні позначення приладів. Схеми ввімкнення.
- •2.2.2 Вимірювання струмів та напргу приладами прямої дії та компенсаційним методом.
- •2.2.3 Електронні аналогові та цифрові прилади для вимірювання напруг
- •Тема 2.3 Вимірювання електричного опору, ємності, індуктивності
- •Схеми заміщення
- •Тема 2.4 Вимірювання частоти і інтервалів часу, вимірювання фазового зсуву, вимірювання спектру сигналів, вимірювання амплітудно- частотних характеристик
- •2.4.1 Електромеханічні частотоміри
- •2.4.1 Цифрові методи вимірювання частоти,періоду, інтервалів часу
- •2.4.4 Електродинамічний фазометр
- •2.4.5 Фазообертачі
- •2.4.6 Аналіз спектрів сигналів
- •Принцип дії
- •2.4.7 Вимірювання нелінійних спотворень
- •2.4.8 Вимірювання амплітудно-частотних характеристик
- •Розділ 3 Вимірювальні прилади.
- •Тема 3.1 Вимірювальні генератори.
- •3.1.1 Загальні положення і класифікація вимірювальних генераторів.
- •3.1.2 Генератори низькочастотні, класифікація, характеристика, схеми, принцип дії.
- •Лекція 23
- •3.1.3 Генератори високочастотні, класифікація, характеристика, схеми, принцип дії.
- •3.1.4 Універсальні генератори
- •Тема 3.2 Електронні осцилографи. Призначення, класифікація, побудова.
- •3.1.4 Генератори імпульсних сигналів, використання, схеми, принцип дії
- •3.2.2 Спрощена структурна схема осцилографа, принцип дії. Побудова електронно-променевої трубки.
- •Електронно-променеві осцилографи реального часу
- •Швидкісні, стробоскопічні та запам’ятовуючі осцилографи
- •Аналізатори спектра
- •Вимірювачі нелінійних викривлень
- •Лекція 25
- •Тема 3.2 Електронні осцилографи. Призначення, класифікація, побудова.
- •3.2.3 Повна структурна схема осцилографа, характеристика і призначення блоків схеми.
- •3.3. Структурна схема Осцилографи
- •3.2.4 Принцип перетворення сигналу в видиме зображення на екрані осцилографа.
- •Лекція 26
- •3.2.5 Підготовка осцилографа до роботи. Основні регулювання. Вимірювання параметрів сигналів осцилографом
- •Підготовка до включення
- •Тема 3.3 Цифрові осцилографи. Лекція 27
- •3.3.1 Принцип роботи та побудова цифрових осцилографів
- •3.3.3 Використання програмно - апаратного комплексу PicoScope 6 для вимірювання параметрів електричних кіл . Інші приклади віртуальних осцилографів.
- •Кабель usb
- •Затискач
- •Кнопка керування приладом
- •На самому приладі є кнопка зупинки дослідження.
- •Розділ 4 Напівпровідникові пристрої та інтегральні Мікросхеми
- •Тема 4.1 Вимірювання параметрів напівпровідникових діодів та транзисторів.
- •13.9.3. Важливість програмного забезпечення.
- •Лекція 30
- •Тема 4.2 Вимірювання параметрів напівпровідникових діодів та транзисторів.
- •13.9.3. Важливість програмного забезпечення.
- •Тема 4.3 Автоматизація радіоелектронних вимірювань.
- •4.3.1Автоматизація вимірювального процесу. Автоматизація вимірювального процесу
- •4.3.2 Структурні схеми автоматичних засобів вимірювання
- •4.3.3 Автоматичний контроль
- •11.3. Автоматичний контроль
- •11.4. Основні компоненти
1.4.3. Структури засобів вимірювання
У сучасних засобах вимірювання здійснюються різноманітні і багатоетапні перетворення сигналів вимірювальної інформації. З подальшим розвитком виробництва, зростанням вимог до точності, чутливості і діапазону об'єкти вимірювання стають все складнішими і, як наслідок, ускладнюється структура вимірювальних пристроїв. Щоб проаналізувати складні перетворення сигналів у вимірювальних пристроях, доцільно перетворення сигналів поділити на низку простих елементарних операцій над вимірювальними сигналами. Кожній такій операції відповідає ланка структури, яка графічно зображає дану операцію над вхідним сигналом для отримання вихідного сигналу. Тоді складний, багатоетапний, розгалужений процес перетворення інформації у вимірювальному пристрої адекватно зображається графічно у вигляді структурної схеми або просто структури вимірювального пристрою. Зображення обробки інформації у вимірювальних пристроях за допомогою структурних схем дає змогу уточнити і полегшити аналіз і синтез вимірювальних пристроїв.
З
а
структурою вимірювальні пристрої можна
поділити на два типи: прямого
перетворення (прямої
дії); врівноважувального
(компенсаційного) перетворення,
або структуру з оберненим зв'язком.
Такий поділ є умовним, оскільки структури реальних вимірювальних пристроїв, як правило, є комбінацією двох типів структур.
Рис. 1.4.3.1
Засоби вимірювання прямого перетворення. Як видно з рисунка 1.4.3.2, вимірювальні перетворювачі увімкнені послідовно один за одним і утворюють тракт передачі сигналу від входу до виходу. Сигнал послідовно, етап за етапом перетворюється і на виході має форму, доступну для безпосереднього сприйняття експериментатором.
Рис. 1.4.3.2
Розглянемо, як залежать параметри вимірювального пристрою в цілому від параметрів окремих ланок і зв'язків між ними.
Чутливість вимірювального пристрою (S) — коефіцієнт перетворення дорівнює добутку чутливостей окремих ланок структури:
S=S1·S2·…·Sn
Отже, структуру прямого перетворення доцільно застосовувати тоді, коли необхідно отримати максиРисьну чутливість вимірювального пристрою.
Частотний діапазон вимірювального пристрою обмежений частотним діапазоном найбільш інерційної ланки. Здебільшого такою ланкою є первинний вимірювальний перетворювач (датчик, сенсор). Отже, вимоги щодо частотного діапазону вторинних вимірювальних перетворювачів, які утворюють канал прямого перетворення, можна знизити.
Мультиплікативна похибка вимірювального пристрою зумовлена відхиленням коефіцієнтів перетворення вимірювальних перетворювачів від номінальних. Відносна мультиплікативна похибка вимірювального пристрою δ дорівнює сумі мультиплікативних похибок δi вимірювальних перетворювачів:
δ=δ1+δ2+…+δn
Рис 1.4.3.3
Рис 1.4.3.4
Адитивна похибка спричинюється такими явищами, як дрейф нуля вимірювальних перетворювачів, дією шумів і завад тощо. Адитивну похибку можна зобразити як додатковий сигнал, що діє на вході вимірювального перетворювача. Щоб оцінити вплив цих додаткових сигналів і їх внесок в адитивну похибку приладу, зведемо ці сигнали до входу. Дія всіх додаткових сигналів еквівалентна дії такого сигналу на вході:
Δx=Δx1/S1+Δx2/(S1S2)+…+Δxn/(S1S2…Sn)
Засоби вимірювання врівноважувального перетворення. Структура вимірювальних пристроїв врівноважувального перетворення складається з двох каналів: прямого перетворення і зворотного.
Чутливість вимірювального пристрою залежить від чутливості каналів прямого і зворотного перетворень. Чутливість каналу прямого перетворення дорівнює добутку чутливостей окремих вимірювальних перетворювачів:
S=S1S2…Sn
Аналогічне співвідношення можна записати і для каналу зворотного перетворення:
β=β1β2…βm
Сигнал на виході каналу зворотного перетворення виражається через вихідний сигнал вимірювального пристрою у і чутливість каналу зворотного зв'язку:
xβ=β·y
Унаслідок компенсації вхідного сигналу х сигналом хβ на вхід каналу прямого перетворення надходить різниця (декомпенсація) цих сигналів
Δx=x-xβ=x-β·y
Некомпенсація сигналів Δх перетворюється каналом прямого перетворення у вихідний сигнал
y=S·Δx
Я
кщо
у формулу підставити вираз для
Δх,
то
отримаємо
Чутливість засобу вимірювання компенсаційного перетворення Sβ=у/х виражається через чутливості каналів прямого S і зворотного β перетворень за формулою
Якщо Sβ»1, що здебільшого завжди виконується, то чутливість вимірювального пристрою Sβ, охопленого зворотним зв'язком, не залежить від чутливості S прямого каналу, а в основному обернено пропорційна чутливості р каналу зворотного зв'язку:
подільник напруги на високостабільних резисторах, значення яких відомі з високою точністю, а β — це коефіцієнт ділення подільника, то чутливість вимірювального пристрою Sβ, охопленого зворотним зв'язком, можна задавати з високою точністю і стабільністю.
Частотний діапазон засобу вимірювання в цілому можна значно розширити, порівняно з каналом прямого перетворення, оскільки справджується співвідношення: добуток чутливості на частотний діапазон — величина стала:
SβΔf≡const.
Таким чином, зменшення чутливості Sβ засобу вимірювання у цілому, порівняно з чутливістю S каналу прямого перетворення, приводить до рівноцінного розширення частотного діапазону вимірювального пристрою, охопленого зворотним зв'язком, тобто, маючи запас за чутливістю, можна розширювати частотний діапазон, а отже, швидкодію вимірювальних пристроїв.
Мультиплікативна похибка вимірювального пристрою компенсаційного перетворення визначається відхиленням чутливостей (коефіцієнтів перетворення) окремих ланок каналів прямого Si і зворотного βj перетворення від номінальних значень Si0 βj0:
ΔS=Si-Si0; Δβ=βj-βj0
Відносні
мультиплікативні похибки каналів
прямого і зворотного перетворень
дорівнюватимуть:
Відносна мультиплікативна похибка вимірювального пристрою в цілому
З
а
умови Sβ»1
вираз значно спрощується:
Таким чином, мультиплікативна похибка каналу прямого перетворення зменшується у 1+Sβ разів, а мультиплікативна похибка каналу зворотного перетворення входить до складу загальної мультиплікативної похибки з коефіцієнтом одиниця.
Адитивна похибка. Адитивні похибки окремих ланок каналу прямого Δxs1, Δxs2, …, Δxsn і зворотного Δxβ1, Δxβ2, …, Δxβn перетворень можна трактувати як додаткові сигнали, що діють на входах окремих ланок (див. рис. 1.4.3.4). Зведена до входу адитивна похибка вимірювального пристрою в цілому виражається через адитивні похибки окремих ланок як
Аналіз адитивних похибок вимірювальних пристроїв компенсаційного перетворення свідчить, що: по-перше, чим ближче до входу знаходиться ланка каналу прямого перетворення, тим більший її внесок у загальну адитивну похибку, тому особливу увагу під час конструювання слід приділяти вхідним вимірювальним перетворювачам; по-друге, введення зворотного зв'язку не зменшує адитивних похибок каналу прямого перетворення.
Зміст