- •Измерение физических величин
- •Часть 1
- •Введение
- •Глава 1. Виды и методы измерений физической величины
- •1.1. Виды измерений физических величин
- •1.1.1. Прямые измерения физических величин
- •1.1.2. Косвенные измерения физических величин
- •1.1.3. Совокупные измерения физических величин
- •1.2. Методы измерения физических величин
- •1.2.1. Методы непосредственной оценки
- •1.2.2. Методы сравнения
- •1.3. Погрешности измерения физической величины
- •1.3.1. Виды погрешностей измерения физических величин
- •1.3.1.1. Классификация погрешностей по закономерности проявления
- •1.3.1.2. Классификация погрешностей по форме выражения
- •1.3.2. Оценка погрешности измерения физическойвеличины
- •1.3.2.1. Оценка величины систематической погрешности
- •1.3.2.2. Оценка величины случайной погрешности
- •Оценка истинного значения измеряемой величины
- •1.3.2.3. Учет систематической и случайной ошибок
- •1.3.2.4. Правила округления погрешности и результата измерения
- •Целая часть числа абсолютной погрешности равна нулю
- •1.3.3. Ошибки прямых измерений
- •1.3.4. Ошибки косвенных измерений
- •1.3.4.1. Ошибку измерения определяют погрешности измерительных приборов
- •1.3.4.2. Ошибку измерения определяют случайные ошибки
- •1.4. Минимизация погрешности измерения физической величины
- •1.4.1. О точности вычислений
- •1.4.2. Погрешность определения погрешности
- •1.4.3. Необходимое число измерений
- •Приложение 1.1.
- •Приложение 1.2.
- •Приложение 1.3.
- •Лабораторная работа №4
- •Часть 1. Метод взвешивания:
- •Часть 2. Метод подсчета площади:
- •Глава 2. Средства электрических измерений
- •2.1. Классификация средств электрических измерений
- •2.1.1. Меры
- •2.1.2. Измерительные преобразователи
- •Основные свойства измерительных преобразователей
- •2.1.3. Электроизмерительные приборы
- •1.1.3.1. Способы классификации электроизмерительных приборов
- •2.1.3.2. Характеристики электроизмерительных приборов
- •2.1.4. Электроизмерительные установки
- •2.1.5. Измерительные информационные системы
- •2.2. Способы выражения и нормирования пределов допускаемых погрешностей
- •Основные погрешности средств измерений[1,2,5,6]
- •2.3. Классы точности средств измерений
- •2.3.1. Классы точности
- •2.3.2. Обозначение классов точности средств измерений в документации
- •2.3.3. Обозначение классов точности на средствах измерений
- •Приложение 2.1.
- •Приложение 2.2.
- •Прибор имеет шкалу 50 200 в. Класс точности на корпусе прибора обозначается одним числом.
- •Приложение 2.3.
- •3. Образцовые средства измерений
- •Приложение 2.4.
- •Использованная литература
- •Глава 1. Виды и методы измерений физической величины 4
- •Глава 2. Средства электрических измерений 85
2.1.2. Измерительные преобразователи
Измерительными преобразователями называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации недоступной для непосредственного восприятия наблюдателем в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.
В основе работы ИП использовано то или иное физическое явление (процесс), происходящее под действием измеряемой физической величины.
Измерительный преобразователь, в основе действия которого лежат прямые преобразования физической величины получил название первичного преобразователя измеряемых величин. Это связано с тем, что он, как правило, является первым звеном измерительной цепи.
Измерительный преобразователь, как правило, предназначен для выполнения одного частного измерительного преобразования. Работа измерительных преобразователей протекает в сложных условиях, так как объект исследования в большинстве случаев характеризуется множеством параметров, каждый из которых действует на измерительный преобразователь. Задача экспериментатора – получение информации об одном параметре, называемом измеряемой величиной. Все остальные побочные параметры процесса измерения относятся к помехам.
Каждому измерительному преобразователю приписывается естественная входная величина, для измерения которой на фоне помех данный измерительный преобразователь предназначен. По этому же принципу выделяется естественная выходная величина преобразователя.
Пример:Контактные термометры –термометры сопротивления(в основе действия лежит изменение электросопротивления преобразователя с изменением температуры);термопары(в основе действия лежит термоэлектрический эффект Зеебека).
По виду преобразуемых физических величин преобразователи делятся на:
Преобразователи электрических величин в электрические - это добавочные сопротивления, шунты и делители напряжения, измерительные трансформаторы т.п.
Преобразователи неэлектрических величин в электрические -это индукционные преобразователи (разного рода катушки; гальваномагнитные преобразователи), гальваномагнитные преобразователи (преобразователи Холла, магниторезисторы, магнитодиоды и др.), термоэлектрические преобразователи (термопары, терморезисторы) и т.п.
По виду естественной выходной электрической величины преобразователи подразделяются на:
Генераторные (с выходной величиной илии внутренним сопротивлением).
Параметрические (с ЭДС и выходной величиной в виде измененияR, L или С как функции от х).
Основные свойства измерительных преобразователей
Функция преобразования измерительного преобразователя — это зависимость выходной величины от входной, описываемая аналитическим выражением или графиком.
Чувствительность* преобразователя — это свойство преобразователя, заключающееся в возможности преобразования измеряемого сигнала в форму, удобную для дальнейшей обработки или позволяющую наблюдателю воспринять значение измеряемой физической величины, оцениваемое с помощью коэффициентов преобразования.
Коэффициент преобразования (мера чувствительности преобразователя) – отношение изменения сигнала на выходе преобразователя к вызывающему его изменению сигнала на входе преобразователя. Наименование естественной выходной величины преобразователя зависит от природы входной и выходной величин и записывается как отношение единицы входной величины к единице выходной величины.
Пример:- для реостатного преобразователя единица чувствительности – Ом/мм;
- для термопары – мВ/К;
- для фотоэлемента - мкА/лм;
- для двигателя - об/(сВ)илиГц/В;
- для гальванометра - мм/мкАи т. д.
Порог чувствительности измерительного преобразователя* - выражается в единицах измеряемой величины и характеризует предельные возможности при работе в режиме нуль-индикатора (под порогом чувствительности понимают наименьшее изменение входного сигнала, способное вызвать заметное изменение выходной величины преобразователя).
Ориентационная зависимость преобразователя – свойство преобразователей или измерительных приборов, предназначенных для измерения параметров векторных величин (находит отражение в диаграммах направленности).
Реальные и номинальные характеристики измерительных преобразователей. В связи с тем, что преобразователи изготавливаются и градуируются индивидуально их характеристики, как правило, несколько отличаются друг от друга, занимая некоторую полосу. Поэтому в, паспорте измерительного преобразователя приводится либо реальные характеристики присущие каждому преобразователю (например, преобразователи Холла), либо некоторая средняя характеристика, называемая номинальной.
Погрешности измерительных преобразователей
Разность между номинальной (паспортной) и реальной характеристиками преобразователя называется абсолютной погрешностью измерительного преобразователя. Различают систематические, случайные и прогрессирующие погрешности.
Систематическими называются погрешности, не изменяющиеся с течением времени или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров. Систематические погрешности, как правило, могут быть практически полностью устранены введением соответствующих поправок.
Постоянные систематические погрешности внешне себя никак не проявляют и могут долгое время оставаться незамеченными. Они могут быть выявлены путем измерения физической величины либо разными однотипными приборами, либо разными методами. Иногда может быть полезной поверка нуля и чувствительности измерительного прибора путем повторной аттестации прибора по образцовым мерам.
К систематическим погрешностям можно отнести большинство дополнительных погрешностей, являющихся не изменяющимися во времени функциями вызывающих их влияющих величин (температура, частота, напряжение и т. п.). Эти погрешности благодаря постоянству во времени функций влияния также могут быть скорректированы введением дополнительных корректирующих преобразователей, воспринимающих влияющую величину и вводящих соответствующую поправку в результат преобразования основного преобразователя.
Прогрессирующими называются погрешности, медленно изменяющиеся с течением времени. Эти погрешности, как правило, вызываются процессами старения тех или иных деталей аппаратуры (разрядка источников питания, старение резисторов, конденсаторов, деформация механических деталей, усадка бумажной ленты в самопишущих приборах и т. д.). Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы без выяснения вызвавших их причин введением поправки, лишь в данный момент времени. Далее они вновь монотонно возрастают.
Особенности прогрессирующих погрешностей:
прогрессирующие погрешности требуют непрерывного повторения коррекции, и тем более частого, чем менее желательно их остаточное значение;
с точки зрения теории вероятностей их изменение во времени представляет собой нестационарный процесс и не может быть описано в рамках хорошо разработанной теории стационарных процессов.
Случайными называются неопределенные по своему значению или недостаточно изученные погрешности, в появлении различных значений которых нам не удается установить какой-либо закономерности. Они определяются сложной совокупностью причин, трудно поддающихся анализу. Их частные значения не могут быть предсказаны, а для всей их совокупности может быть установлена закономерность лишь для частот появления их различных значений. Присутствие случайных погрешностей (в отличие от систематических) легко обнаруживается при повторных измерениях в виде некоторого разброса результатов. В подавляющем большинстве случаев процесс появления случайных погрешностей есть стационарный случайный процесс. Поэтому размер случайных погрешностей характеризуют указанием закона распределения их вероятностей или указанием параметров этого закона, разработанных в теории вероятностей и теории информации.
Для обеспечения возможности масштабирования и распознавания получаемой информации измерительные преобразователи снабжаются (в большинстве случаев) индивидуальными паспортами или ярлыками, где содержатся технические и метрологические характеристики преобразователя. В случае неоднозначной зависимости выходной характеристики преобразователя от входной величины последние снабжаются градировочными зависимостями или градуировочными таблицами (например, термоэлектрические преобразователи или термопары).
Преобразователи в совокупности с оснасткой, элементами подключения и крепления и т.п. получили название датчиков.
Преобразователи (или датчики) могут быть расположены далеко от приборов или устройств обрабатывающих или собирающих и хранящих полученную с них информацию.