2.2. Функции измерительного преобразователя

Измерительный прибор предназначен для преобразования измерительного сигнала х(t) в выходной сигнал у(t):

,

где х(t) и у(t)–векторные величины; F(х) –требуемая функция преобразования.

Предполагаем, что функция F(х) осуществляет все необходимые математические операции, включая интегрирующие и дифференцирующие.

В реальных приборах функция преобразования зависит не только от сигнала х(t), но также от возмущения (t) на сигнал х(t), от помех (t), действующих на параметры прибора q, от погрешностей q возникающих вследствие неточностей изготовления прибора, и от помех v‚ возникающих в самом приборе (моменты трения, паразитные ЭДС.), (рис.2.2)

Где , , q(),  векторы.

Измеряемыми величинами, на основе которых формируется полезный сигнал х(t) являются параметры первичной информации, такие, как давление, температура, расход топлива, расстояние, скорости, ускорения, вибрации и т. д. К числу вредных возмущений относятся перегрузки, вибрации, электрические и магнитные поля, неконтролируемые вариации окружающей среды и др. Все эти возмущения вносят погрешности в показания прибора.

Прибор должен воспроизводить измеряемые величины с допустимыми погрешностями. При этом слово «воспроизведение» понимается в самом широком смысле: получение на выходе прибора величин, пропорциональных входным величинам; формирование заданных функций от входных величин (квадратичная, логарифмическая шкалы и др.); получение производных и интегралов от входных величин; формирование на выходе слуховых и зрительных образов, отображающих свойства входной информации; формирование управляющих сигналов, используемых для управления и контроля; запоминание и регистрация выходных сигналов.

Измерительный сигнал, получаемый от контролируемого объекта, передается в измерительную систему в виде импульса какого-либо вида энергии. Можно говорить о первичных сигналах, непосредственно характеризующих контролируемый процесс, о сигналах, воспринимаемых чувствительным элементом прибора, о сигналах, подаваемых в измерительную схему, и т. д. При передаче информации от контролируемого объекта к указателю прибора сигналы претерпевают ряд изменений по уровню и спектру и преобразуются из одного вида энергии в другой.

2.3. Структурные особенности приборов

При проектировании авиационных приборов подразумевается разработка функциональных, структурных, и принципиальных схем, удовлетворяющих требованиям технического задания в частности:

• обеспечение заданной точности

• заданного диапазона измерений

• малые габариты, вес, стоимость

• высокая надёжность.

Структурная схема прибора отображает, с одной стороны, совокупность звеньев, осуществляющих элементарные преобразования информации, а с другой — статические и динамические передаточные свойства.

Синтез схем приборов можно разбить на следующие этапы:

1) выбор метода измерения, составление функциональной схемы т. е. определение зависимости вида

,

где x- подлежащая измерению величина;

z – непосредственно измеряемая величина.

Например, при измерении высоты барометрическим методом связь между высотой Н и измеряемым атмосферным давлением Рн определяется выражением.

где Н=х, P_H=z, а , Р₀, Т₀ , R - величины, принимаемые за постоянные;

2) составление структурной схемы прибора, представляющей совокупность звеньев, которые осуществляют элементарные преобразования измерительных сигналов;

3) определение статических и динамических характеристик звеньев и прибора в целом и сравнение этих характеристик с требуемыми характеристиками с целью определения погрешностей;

4) техническая реализация структурных схем в виде принципиальных схем.

Передаточные свойства звеньев характеризуются передаточными функциями в динамическом режиме, или чувствительностью в статическом. Имеется ограниченное количество элементарных звеньев, из которых может быть составлена любая динамическая система: усилительное, инерционное, дифференцирующее, интегрирующее, колебательное и форсирующее

Соединение звеньев в схеме может быть последовательным, параллельно согласным, параллельно встречным и смешанным (рис.2.3).

При последовательном соединении звеньев общая передаточная функция и общая чувствительность равны соответственно произведению передаточных функций и чувствительности звеньев (рис.2.3, а):

Рис.2.3.Схемы соединения звеньев

причем

,

Если звенья соединены параллельно (рис.2.3, б), то как легко видеть,

;

При параллельном встречном соединении (рис.3, в)

;

,

Измерительное устройство может иметь несколько входов, к которым подводятся, вообще говоря, различные измеряемые параметры. Для таких устройств справедливо выражение

Выражения для чувствительности структурных схем могут быть использованы для установления связи между суммарной погрешностью прибора и погрешностями его звеньев. Для этого предположим, что чувствительность звеньев S получает приращения S_i вызванные вариациями параметров. Тогда

и, соответственно,

,

где _ — коэффициенты влияния; S_i — погрешности звеньев и у — погрешность прибора.

Погрешности S_i и S, возникающие вследствие изменения статических характеристик, являются мультипликативными.

При последовательном, параллельно согласном и параллельно встречном соединении звеньев коэффициенты влияния соответственно будут

, .

При смешанном соединении звеньев структурную схему необходимо путем преобразования привести к простейшей.