Лабораторная работа № 9 – Составление структурных схем средств измерения

Цель работы: ознакомиться с работой предложенного прибора и научиться составлять его функциональную и структурную схемы.

Задание: изучить конструкцию прибора, дать описание его принципа работы, выполнить конструктивную и структурную схемы.

Основные положения

Функциональная схема прибора дает понятие об его назначении и принципе работы.

Структурная схема — это совокупность элементарных звеньев объекта и связей между ними, один из видов графической модели. Под элементарным звеном понимают часть объекта, системы управления и т. д., которая реализует элементарную функцию.

В теории автоматического управления элементарные звенья изображаются прямоугольниками, а связи между ними — сплошными линиями со стрелками, показывающими направление действия звена. Иногда в поле прямоугольника вписывают математическое выражение закона преобразования сигнала в звене, в этом случае схему иногда называют алгоритмичной.

Она предназначена для отражения общей структуры устройства, то есть его основных блоков, узлов, частей и главных связей между ними. Из структурной схемы должно быть понятно, зачем нужно данное устройство и что оно делает в основных режимах работы, как взаимодействуют его части.

Последовательность выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия прибора.

2. Выполнить функциональную схему прибора и дать описание его работы

Рис.8. U-образная манометрическая трубка (а) и соответствующие структурные схемы сигналов (б-г)

3. Выполнить структурную схему прибора и дать ее описание

На рис. 8, а схематично изображена U-образная манометрическая трубка, заполненная ртутью. Измеряемое избыточное (сверх атмосферного) давление p_u уравновешивается усилием F_G, создаваемым столбиком ртути высотой h, что отображается суммирующим узлом структурной схемы сигналов на рис. 8, б.

Столбик ртути поднимается на высоту h до тех пор, пока объем столбика

V = A·h

и, следовательно, его масса m = ρ·V (ρ – плотность ртути) и соответствующая сила тяжести

F_G = m·g

не уравновесят силу F_p, создаваемую измеряемым давлением. Преобразование сигнала h в сигнал F_G может осуществляться и общим передаточным звеном с коэффициентом A·ρ·g (рис. 8, в). Работу трубки можно представить и как уравновешивание измеряемого давления p_u компенсирующим давлением p_Hg столбика ртути противоположного знака (рис. 8, г).

Из анализа рассмотренных примеров можно сделать следующие общие выводы:

1. Передаточные звенья в структурной схеме сигналов являются условными и необязательно соответствуют определенным техническим средствам. Так, на рис. 8 сигнал – сила тяжести F_G формируется из сигнала массы m.

1. Структурные схемы сигналов одинаковых приборов могут несколько различаться в зависимости от цели анализа и принципов разработки структурной схемы. Независимо от этого структурные схемы отражают один и тот же результат действия прибора, что видно из рассмотрения структурных схем примера на рис. 8.

2. Каждая линейная структурная схема сигналов представляет собой отражение (модель) системы линейных уравнений, включающей операции суммирования, а также умножения переменных на постоянные сомножители – передаточные коэффициенты.

Расчетно-графические работы Задача 14 Определение параметров и погрешностей прибора

Условия. Определить недостающие в табл. 14.1 параметры прибора и погрешности измерений (в таблице незаполненные ячейки) для своего варианта.