Раздел 5
Методы и средства измерений
Лекция 10
Методы и средства измерений
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
213 |
|
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
методы измерений
непосредственная
оценка
значение измеряемой величины определяется непосредственно по отсчетному устройству
измерительного прибора или сигналу преобразователя прямого
действия
«+»
наглядность, четкое понимание
физической сущности процесса
«-»
в некоторых случаях сложно
реализовать технически
дифференциальный
на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и базовой (известной величины).
«+»
высокая точность результатов даже при использовании приборов
невысокой точности для измерения
разности
«-»
требуется базовая величина,
близкая к измеряемой и известная с большой точностью
компенсационный (нулевой)
измеряемую величину компенсируют другой величиной, значение которой известно с высокой степенью точности, при этом разность между ними сводят
к нулю за счет изменения
известной величины и фиксируют нуль-прибором
«+»
высокая точность, определяемая
точностью задания известной величины и чувствительностью
нуль-прибора
«-»
сложность
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
214 |
|
Теория погрешностей измерений |
|
|
|
||||
Методы и средства измерений |
|
|
|
||||
Дифференциальный метод измерений |
|
|
|||||
Неуравновешенный мост |
|
Uвых Uпит Rx R2 R1R3 |
|||||
|
|
Uпит |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Rx R3 R1 R2 |
|
I1 |
R1 |
d |
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ип |
Uвых |
b |
Недостатки |
||
a |
|
• нелинейная зависимость Uвых(Rx) |
|||||
Rx |
|
|
|||||
|
|
R3 |
|
• U |
вых |
=f(U ) |
|
|
|
|
|
|
|
пит |
|
|
|
c |
|
|
• погрешность моста не может быть меньше |
||
I2 |
|
|
|
погрешности измерительного прибора |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Если мы будем изменять R3 так, что оно будет равно Rx, то напряжение в измерительной диагонали станет равно 0 и мы сможем определить Rx по значению R3
компенсационной метод измерений
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
215 |
|
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
Компенсационной метод измерений
Уравновешенный мост |
Мост уравновешен |
|
|
|
Uпит |
I1 |
R1 |
d |
|
|
|
a |
Rx |
|
|
|
|
I2 |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
Ucd 0 |
|
|
|
I1Rx I2 R1 |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
R2 |
|
|
|
|
Iнп 0 |
|
|
|
I1Rмаг I2 R2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx |
|
|
R1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
маг |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx R2 |
R1Rмаг |
||||||
Rмаг |
|
|
b |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Rx Rмаг |
|
R1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|||
Преимущества
•линейная зависимость Uвых(Rx)
•Uвых≠f(Uпит)
•нуль-прибор не влияет на точность
•высокая точность магазина сопротивлений
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
216 |
|
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
Компенсационной метод измерений |
|
|||||||||||
Лабораторный потенциометр |
• R |
– реостат регулировки тока |
||||||||||
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
i |
|
||
|
|
|
|
|
|
RI |
|
|
• Rк – контрольное сопротивление |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• Rр – сопротивление реохорда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• Eнэ=1,086 В – ЭДС нормального элемента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
• К,И – ключ контроль/измерение |
|
|
|
Rк |
|
Rр |
|
• контур I – контур контроля рабочего тока |
||||||
|
|
|
|
• контур II - измерительный |
||||||||
+ |
|
|
|
- + |
|
|
- |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
m
1. в режиме контроля изменяем Ri так, чтобы Iнп=0
Eнэ
I II
к 
и+ Eх -
2.в режиме измерений изменяем положение движка
реохорда так, чтобы E=mRpI (движок реохорда при этом имеет кинематическую связь с шкалой градуированной в единицах измеряемой величины)
Преимущества
•нет падения напряжения во внешней цепи (цепи источника тока) Iнп=IEx=0
• входное сопротивление потенциометра бесконечно |
|
E mRp I |
|
|
• чувствительность определяется внешним сопротивлением |
IНП |
|||
mRp RНП RВН |
||||
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
|||
|
|
|
||
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
|
217 |
||
|
|
|||
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
Компенсационной метод измерений
Преобразователь с глубокой отрицательной связью
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a Обратная связь – воздействие сигнала |
|||
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
+ |
|
|
|
|
|
Rос |
|
|
|
|
|
мА |
последующего элемента на предыдущий. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отрицательная обратная связь – сигнал |
|
Uх |
|
- |
|
|
|
|
Uвых |
|
|
|
|||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
обратной связи вычитается из предыдущего |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RН |
• Rн – сопротивление нагрузки |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
• Rос – сопротивление отрицательной ОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
b• КУ=∞ – коэффициент усиления
• ab – внешняя цепь преобразования
|
|
Uпит |
сигнал |
I |
|
|
I |
|
|
||
|
|
|
|
||
КПР |
|
токовый |
зависимость |
||
U x |
|
||||
|
линейная и |
||||
|
|
|
|
||
|
|
|
выходной |
постоянная |
|
|
|
|
α |
преобразования |
|
|
|
|
|
|
tgα=Кпр – коэффициент |
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
Ux |
|
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
218 |
|
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
Компенсационной метод измерений
Преобразователь с глубокой отрицательной связью
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
U Ux IRoc |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
+ |
|
|
|
|
|
Rос |
мА |
Uвых K |
у U |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Uх |
|
|
- |
|
|
|
|
|
Uвых |
|
|
|
IR |
|
IR |
|
|
|
|||||||||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
вых |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RН |
|
|
|
|
|
|
Н |
oc |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kу |
Ux IRoc IRН IRoc |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
Kу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
КПР U |
|
|
|
R R K R |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
Н |
oc |
у oc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
I |
|
|
|
|
|
Uпит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
сигнал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
const |
|||||
|
зависимость |
|
|
|
|
RН Roc |
|
|
R |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
токовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
oc |
|
|
|
постоянная |
|
|
|
∞ = |
Kу |
|
|
=0 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
линейная и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Roc |
|
|
|
|||||||||||
выходной |
|
|
|
|
|
tgα=Кпр – коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
преобразования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
Ux |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
219 |
||||||||||||
b
Теория погрешностей измерений Методы и средства измерений
Компенсационной метод измерений
Преобразователь с глубокой отрицательной связью
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
Для корректной работы требуется |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ограничивать сопротивление нагрузки |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
+ |
|
|
|
|
Rос |
|
|
|
|
мА |
|
для 0 – 5 мА Rн=0…2,5 кОм |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для 4 – 20 мА Rн=0…1 кОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Uх |
- |
|
|
|
|
|
Uвых |
|
|
|
|||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
Преимущества |
|||||||
|
|
|
|
|
|
RН |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
при U→0 Iвх→0, следовательно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сопротивление внешней цепи не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
влияет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
входное сопротивление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сигнал |
|
I |
Uпит |
|
|
|
|
преобразователя бесконечно |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
изменение характеристик элементов, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
зависимость |
|
|
|
|
|
|
|
|
охваченных ОС не влияет на |
|||||
токовый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выходной сигнал |
|||||
|
линейная и |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
не влияет изменение напряжения |
||||||
|
постоянная |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
питания |
|
выходной |
|
|
|
|
tgα=Кпр – коэффициент |
|
|||||||||
|
|
|
|
5. |
не влияет изменение Rн |
||||||||||
|
|
|
|
преобразования |
|
|
|
|
Rн↑→I↓→Uoc↑→ΔU↑→I↑ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Электронный образовательный ресурс: «Метрология, стандартизация и сертификация» |
||||||||||||||
|
|
α |
|
|
|
|
Ux |
|
|
||||||
|
|
доцент, к.т.н. Цыпин А.В. |
|
221 |
|||||||||||