2. Засоби вимірювання

Аналого-цифровий перетворювач

Засіб вимірювань, в якому створюється кодовий сигнал вимірювальної інформації називають аналого-цифровим перетворювачем.

Аналого-цифрові перетворювачі - не тільки складова частина цифрових вимірювальних приладів (ЦВП), вони можуть і самостійно використовуватись у вимірювальних, інформаційних, керувальних та інших системах. АЦП випускаються промисловістю як автономні пристрої, котрі на відміну від ЦВП не мають цифрового відлікового пристрою; вони формують на виході тільки двійковий код. Порівняно з цифровими вимірювальними приладами АЦП виконуються більш швидкодійними, але менш точними, найчастіше вони мають один діапазон для однієї вимірюваної величини.

Крім АЦП до цифрових перетворювачів відносяться цифро-аналогові перетворювачі ЦАП, які призначені для перетворювання двійкового коду в аналогову квантовану величину. Такі перетворювачі застосовуються не лише як вузол ЦВП і АЦП, а й як автономні пристрої.

Цифровий вимірювальний прилад

Вимірювальний прилад, в якому візуальний сигнал вимірювальної інформації подається у вигляді цифр чи символів на показувальному пристрої, називають цифровим.

Узагальнена структурна схема ЦВП (рис.1.11) складається з вимірювального перетворювача вхідної електричної величини X у вихідну електричну величину Х_і, достатню для надійної роботи аналого-цифрового перетворювача A/D, перетворювачів код-код D/D і цифрового відлікового пристрою ВП.

Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) перетворює аналогову (вимірювану) величину в цифровий двійковий код, а відліковий пристрій ВП відображає це значення в десятковій системі числення.

Рисунок 1.11

Необхідність перетворювачів код-код D/D пояснюється тим, що код, потрібний для роботи відлікового пристрою, може не відповідати вихідному коду А/D. На виході А/D найчастіше формується двійковий код, а оператору для сприйняття найбільш зручний десятковий. У цьому зв’язку перетворювач код-код D/D₁ перетворює двійковий код N на двійково-десятковий N_ЦВП, який потім подається на відліковому пристрої у десятковій системі числення. Другий перетворювач код-код D/D₂ необхідний для уніфікації коду і подальшого спряження з персональними комп’ютерами.

Вимірювальний канал

Сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів зв’язку та інших технічних засобів, призначена для створення сигналу вимірювальної інформації про одну вимірювану фізичну величину називають вимірювальним каналом.

Вимірювальна інформаційна система

Сукупність засобів вимірювальної техніки, засобів контролю, діагностування та інших технічних засобів, об’єднаних для створення сигналів вимірювальної та інших видів інформації називають вимірювальною інформаційною системою.

В практиці вимірювань замість терміна вимірювальна інформаційна система застосовують поняття інформаційно-вимірювальна система (ІВС).

За видом вихідної інформації ІВС розподіляють на три види:

• вимірювальні системи;

• системи автоматичного контролю;

• системи технічної діагностики.

Контрольні питання:

1. Які засоби вимірювальної техніки відносять до засобів вимірювання, а які до вимірювальних пристроїв?

2. В чому суть вимірювальної операції відтворення фізичних величин? Що таке міра? Наведіть класифікацію мір.

3. Наведіть приклади еталонів довжини, маси, часу, електричної напруги.

4. В чому суть вимірювальної операції перетворення фізичної величини? Що таке вимірювальний перетворювач? Наведіть класифікацію вимірювальних перетворювачів.

5. В чому суть вимірювальної операції порівняння ФВ. Що таке компаратор? Наведіть класифікацію компараторів.

6. В чому суть вимірювальної операції масштабного перетворення? Що таке масштабний перетворювач? Наведіть класифікацію масштабних перетворювачів.

7. В чому суть операції числового вимірювального перетворення? Що таке числовий вимірювальний перетворювач?

8. Дайте визначення і наведіть приклади засобів вимірювання.

9. В чому суттєва відмінність між аналоговими і цифровими засобами вимірювання?

10. Перерахуйте всі засоби вимірювання, які відносять до цифрових.

11. Дайте поняття аналого-цифрового перетворювача.

12. Дайте поняття цифрового вимірювального приладу і наведіть його узагальнену структурну схему.

13. Дайте поняття вимірювального каналу.

14. Дайте поняття вимірювальної системи.

15. В чому суттєва відмінність вимірювального каналу і вимірювальної системи.

16. Дайте поняття інформаційно-вимірювальної системи. На які три великі класи поділяють ІВС за видом вихідної інформації?

3 Похибки засобів вимірювань

Похибки засобів вимірювань дозволяють кількісно оцінити інстру­ментальну похибку вимірювань, тобто похибку, яка виникає через не­досконалість конструкції засобу вимірювання, а також через кінцеві можливості технології його виготовлення.

Рисунок 1.30

Похибки (рис.1.30) засобів вимірювальної техніки поділяються на: абсолютні, відносні та зведені; систематичні та випадкові; адитивні, мультиплікативні і нелінійні; основні і додаткові; статичні і динамічні.

З а способом вираження похибки засобів вимірювальної техніки поділяють на абсолютні, відносні та зведені.

Абсолютною похибкою засобу вимірювань називають різницю між показом засобу вимірювань та істинним значенням вимірюваної величини за відсутності методичних похибок і похибок від взаємодії засобу вимірювань з об’єктом вимірювання

.

Умови відсутності методичних похибок вимірювання і похибок від взаємодії засобу вимірювань з об’єктом вимірювання створюються під час повірки, коли значення вхідної величини знаходять за допомогою зразкового засобу вимірювання.

В метрологічній практиці визначають наближене значення похибки засобу вимірювань, тобто її оцінку.

Оцінка похибки засобу вимірювань це різниця між показом засобу вимірювань і умовно істинним значенням вимірюваної величини. На практиці слово «оцінка» може опускатися.

Відносною похибкою засобу вимірювань називають відношення абсолютної похибки засобу вимірювань до істинного значення вимірюваної величини

.

Зведеною похибкою засобу вимірювань називають відношення абсолютної похибки засобу вимірювань до нормованого значення

, (1.39)

де - нормоване значення.

В залежності від типу шкали засобу вимірювань виділяють декілька методів визначення нормованого значення.

1. Якщо засіб вимірювань має рівномірну шкалу, то в якості нормованого значення необхідно вибирати верхню межу вимірювань при знаходженні нульової відмітки на початку шкали.

2. Нормоване значення дорівнює сумі модулів меж вимірювань, якщо нульова відмітка шкали знаходиться в середині діапазону вимірювань.

3. Для багатомежевих засобів вимірювань значення дорівнює різниці меж вимі­рювань.

4. Якщо засіб вимірювань має істотно нерівномірну шкалу, то за нормоване значення приймають довжину шкали або її частини, яка відповідає діапазону вимірювань.

Похибки засобів вимірювань містять ряд систематичних і випадкових складових, статичні та динамічні похибки, які визначаються аналогічно визначенням похибок вимірювань.

Залежно від того, в яких умовах експлуатується засіб вимірювань, розрізняють основну (для нормальних умов) і додаткову (якщо одна або більше впливних величин виходять за межі нормальних умов) похибки.

Основна похибка - похибка засобу вимірювальної техніки за нормальних умов його використання.

Умови застосування засобів вимірювальної техніки, за яких впливні величини мають нормальні значення чи знаходяться у границях нормального інтервалу значень, називають нормальними умовами застосування.

Нормальне - це значення впливної величини, для якого (у межах якого) нормується основна похибка засобів вимірювальної техніки.

Умовами застосування засобів вимірювальної техніки називають такі, за яких значення впливних величин знаходяться у границях робочої зони.

Робоча зона значень впливних величин - це зона, що встановлюється для засобів вимірювань, в межах якої за необхідністю нормуються додаткові похибки цих засобів.

Додаткова похибка – похибка засобу вимірювальної техніки, яка додатково виникає під час використання засобу вимірювань в умовах відхилення хоча б однієї з впливних величин від нормального значення або її виходу за границі нормальної зони значень.