Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метрология и измерительная техника на базе измерительных преобразователей «Корунд». Практикум
.pdf
1. Характеристики, предназначенные для определения
S
о
r
t
dam
результатов измерений:
- функция преобразования измерительного преобразова-
теля, а также измерительного прибора с наименованной
шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах,
отличающихся от единиц входной величины;
- цена деления шкалы измерительного прибора;
- вид выходного кода, число разрядов кода, цена
наименьшего разряда кода средств измерений,
предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.
2. Характеристики погрешностей средств измерений:
- значения систематической составляющей
погрешности;
- среднеквадратическое отклонение σ[
] случайной
составляющей погрешности.
3. Характеристики чувствительности средств измерений к
влияющим величинам:
- функция влияния ψ(ξ).
4. Динамические характеристики средств измерений:
- переходная характеристика h(t);
-амплитудно-фазовая характеристика G(jω);
-амплитудно-частотная характеристика А(jω);
- время реакции
;
- постоянная времени -Т;
- коэффициент демпфирования (от нем. Dempfer -
глушитель)
.
Кроме того, средство измерений характеризуют
следующие показатели.
Диапазон показаний средства измерений – область
значений шкалы прибора, ограниченная начальным и
конечным значениями шкалы.
Диапазон измерений – область значений величины, в
пределах которой нормированы допускаемые значения
погрешности средства измерений.
11
Статическая характеристика средства измерений (рис.1)
X
Y
Х
Х
minmax
XX
Х
1
)(
1
2
n
xx
n
i
i
равна
Y = Y3{Y2[Y1(Х)]}. (1.1)
Чувствительность средства измерений S
S =
, (1.2)
где Y - приращение выходной величины при изменении
входной на X, стремящейся к нулю.
Погрешность измерения есть отклонение результата
измерения от истинного (действительного) значения
измеряемой величины.
Абсолютная погрешность измерения X равна
X = X
где X
– результат измерения; X
изм
изм
- X
, (1.3)
ист
– истинное значение
ист
измеряемой величины.
Кроме абсолютной, погрешность может быть
относительной
=
100 %, (1.4)
приведённой
пр
=
100 %, (1.5)
среднеквадратической, т.е. оценкой рассеяния единичных
результатов измерения в ряду равноточных измерений одной
и той же физической величины около среднего их значения,
вычисляемого по формуле
σ =
, (1.6)
основной и дополнительной, мультипликативной и
аддитивной, статической и динамической, систематической и
случайной, инструментальной и др.
Класс точности – это обобщённая характеристика данного
типа средств измерений, как правило, отражающая уровень
их точности, выражаемая пределами допускаемых основной
12
и дополнительной погрешностей, а также другими
характеристиками, влияющими на точность.
Класс точности даёт возможность судить о том, в каких
пределах находится погрешность средств измерений одного
типа, но не является непосредственным показателем
точности измерений, выполняемых с помощью каждого из
этих средств. Это важно при выборе средств измерений в
зависимости от заданной точности измерений.
Поверка средства измерений – установление органом
государственной метрологической службы (или другим
официально уполномоченным органом, организацией)
пригодности средства измерений к применению на основании
экспериментально определяемых нормированных
характеристик и подтверждение их соответствия
установленным обязательным требованиям.
При проведении лабораторных работ по метрологии
могут быть выполнены следующие задания:
- изучение прямого (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11) и косвенного
(4.12) методов измерений;
- определение номинальной и реальной статической
характеристики средства измерений (4.1 – 4.6), (4.8 – 4.11);
- отыскание параметров эмпирических формул
(статической характеристики) методом наименьших
квадратов (4.1 – 4.6), (4.8 – 4.11);
- обработка массива данных (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11);
- вычисление математического ожидания и дисперсии
результатов измерений (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11);
- изучение зависимости математического ожидания и
СКО результатов измерений от числа измерений (4.1 – 4.5),
(4.9 – 4.11);
- определение распределения относительной погрешности
по диапазону измерения (4.1 – 4.11);
- определение доверительной вероятности и доверитель-
ного интервала, представление результатов измерения по
ГОСТу (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11);
- обработка результатов неравноточных измерений (4.9 -
4.11);
13
- определение динамической погрешности измерения
(4.7);
- построение полигона и гистограммы результатов
измерений (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11);
- проверка нормальности закона распределения
результатов измерений (4.1 – 4.5), (4.9 – 4.11);
- определение погрешности измерительного канала (4.9 –
4.12).
14
2. Технические средства измерений
лабораторного практикума
Средства измерительной техники – это обобщающее
понятие, охватывающее технические средства, специально
предназначенные для измерения.
Средство измерений – это техническое средство,
предназначенное для измерения и имеющее нормированные
метрологические характеристики.
Все измерительные преобразователи, используемые в
данной работе, являются рабочими средствами измерений,
т.е. такими средствами измерений, которые предназначены
для измерений, не связанных с передачей размера единицы
другим средствам измерений. Они являются самыми
многочисленными.
По конструктивному исполнению средства измерений
подразделяют на меры, измерительные приборы,
измерительные установки, измерительные системы и
измерительные комплексы.
По уровню автоматизации различают: неавтоматические,
автоматизированные и автоматические средства измерений.
Автоматическое средство измерения – это средство
измерений, производящее в автоматическом режиме (т.е. без
участия человека) измерения и все операции, связанные с
обработкой результатов измерений, их регистрацией,
передачей данных или выработкой управляющего сигнала.
В ГСП (Государственной системе приборов и средств
автоматизации) основной из трёх является электрическая
ветвь. Измерение неэлектрических величин электрическими
методами обусловлено следующими причинами:
- высокая точность и скорость измерения;
- возможность достаточно простого преобразования
практически любых неэлектрических величин в
электрические;
- электронные усилители позволяют измерять очень
слабые сигналы, которые не могут быть измерены никакими
другими методами;
15
- возможность передачи данных на расстояние, что
позволяет дистанционно управлять различными процессами;
- возможность работы измерительных преобразователей с
унифицированными электроизмерительными приборами и
компьютерами;
- широкая возможность преобразования сигнала
(масштабирование, линеаризация, умножение на константу
или сложение с ней, запоминание и т.п.).
Измерительный преобразователь – техническое средство,
служащее для преобразования измеряемой величины в
другую величину или сигнал измерительной информации,
удобный для обработки, хранения, дальнейших
преобразований, индикации или передачи и имеющее
нормированные метрологические характеристики.
Измерительный прибор – средство измерения,
предназначенное для получения значений измеряемой
величины в установленном диапазоне.
Цифровой измерительный прибор – измерительный
прибор, показания которого представлены в цифровой форме.
Измерительный канал – это совокупность элементов
измерительного прибора, образующих непрерывный путь
прохождения измерительного сигнала одной физической
величиной от входа к выходу.
В последнее время в измерительной практике стали всё
шире применяться сенсоры (от лат. sensus – чувство,
ощущение), т.е. первичные измерительные преобразователи,
изготовленные, как правило, по твёрдотельной технологии,
которые «на месте» производят первичную обработку
информации (усиление, линеаризация, нормирование,
аналого-цифровое преобразование и т.п.). Достоинство
сенсоров – надёжность работы, помехозащищённость, выдача
нормированного выходного сигнала, малое потребление
энергии, миниатюрность. Фактически сенсор является
интеллектуальным (от лат. intellectus – ум, рассудок, разум)
датчиком.
На рис. 2.1 в качестве примера приведена блок-схема
температурного сенсора. Сенсор работает следующим
16
образом. Пусть мерой какой-либо величины Ф является
температура (преобразование Ф Т), тогда воздействие
температуры на терморезистор вызывает изменение его
сопротивления (преобразование Т R). В свою очередь
изменение сопротивления приводит к разбалансу моста и
появлению разности напряжений U, т.е. R U. В дальнейшем это напряжение, пропорциональное величине Ф,
усиливается, линеаризуется, компенсируется и так далее, а
также проводится аналого-цифровое преобразование
выходного сигнала. При этом сенсор может выдавать как
аналоговый, так и цифровой сигнал.
К подобным первичным измерительным преобра-
зователям относится семейство преобразователей типа
«Корунд».
17
Цифровой сигнал
3
R U 6
5
4
2
Т R
Рис. 2.1. Блок-схема температурного сенсора:
1- преобразователь сигнала; 2 - терморезистор; 3- мост сопротивлений; 4 – усилитель;
5 - линеаризатор, нормирующий преобразователь, компаратор и т.д.
6 - АЦП
Предварительная
обработка
сигнала
Окончательная
обработка
сигнала
Приёмник
измеряемой
величины
Аналоговый сигнал
Аналоговый сигнал
Ф 1 Ф Т
18
Измерительные преобразователи типа «Корунд»
Работа первичных измерительных преобразователей типа
«Корунд» основана на использовании различных эффектов в
структурах «кремний на сапфире».
Корунд, нем. Korund, от древнеинд. курунвид - минерал
подкласса простых оксидов, природный безводный глинозём
Al2O3 с примесью Cr, Fe, Ti и др. Прозрачные разновидности
корунда – драгоценные камни (рубины, сапфиры и др.).
Синтетический корунд с добавками Cr
3+
, Fe3+ получают в
промышленных масштабах и используют в квантовой
электронике, часовой промышленности и т.п.
Кремний, лат. Silicium, Si - химический элемент IV
группы периодической системы, атомный номер 14, атомная
масса 28,086. Один из важнейших полупроводниковых
материалов.
Сапфир (греч. , от древнеевр. саппир – синий
камень) - минерал, голубая или синяя разновидность корунда,
окрашенная примесью Fe
3+
и Ti4+. Драгоценный камень
первого класса. Красный корунд, окрашенный примесью
3+
Cr
, называют рубином. Синтетический сапфир применяют в
микроэлектронике, ИК технике и т.п.
Измерительные преобразователи «Корунд» используют
для измерения различных физических величин: абсолютного
и избыточного давления, разрежения, разности давлений,
расхода жидкости или газа, уровня жидкости, температуры и
т.п.
В практикуме рассматриваются также измерительные
преобразователи и индикаторные приборы: блоки питания,
извлечения корня, индикации, разветвления сигналов,
измеритель – калибратор (от франц. calibre) датчиков,
которые работают в комплекте с первичными
измерительными преобразователями типа «Корунд».
При проведении лабораторных работ по техническим
средствам измерения могут быть выполнены следующие
задания:
19
- изучение принципа действия, устройства и конструкции
первичных измерительных преобразователей температуры
«Корунд-Т», избыточного давления «Корунд-ДИ» и разности
давлений «Корунд-ДД» (4.1 – 4.3);
- изучение принципа действия, устройства и конструкции
блоков извлечения корня БИКОР-01 и индикации БИКОР-02
(4.4, 4.5);
- изучение принципа действия, устройства и конструкции
блоков питания и преобразования сигналов БПД-2К-24 и
БРИС – 01 -1/2 (4.6, 4.8);
- изучение принципа действия, устройства и конструкции
таких средств измерений, как: термометр, гидростатический
уровнемер, гидростатический дифференциальный уровнемер,
расходомер переменного перепада давлений (4.9 – 4.12);
- определение динамической погрешности измерения
преобразователя «Корунд-Т» (4.7);
- определение метрологических характеристик измери-
тельных преобразователей (4.1 – 4.3) и средств измерений
(4.9 – 4.12);
- определение метрологических характеристик измери-
тельного канала (4.9 – 4.12);
- поверка измерительных преобразователей (4.1 – 4.3) и
средств измерений (4.9 – 4.12).
2.2. Измерительный преобразователь температуры
«Корунд – Т»
Измерительный преобразователь «Корунд – Т» пред-
назначен для непрерывного преобразования температуры
жидкостей, пара или газов в унифицированный токовый
электрический выходной сигнал.
Преобразователь может быть использован для работы в
системах автоматического контроля, регулирования и
управления технологическими процессами, в том числе
взрывоопасных производств. Он предназначен для работы со
вторичной регулирующей аппаратурой, индикаторными
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]