Вопрос 19. Статическая характеристика и параметры измерительных устройств.
Режим работы измерительного устройства, при котором значения входного X и выходного Y сигналов не изменяются, называют статическим.
Статической хар-кой измерительного устройства наз. функциональную зависимость вых. сигнала от вх. в статич. режиме работы указанного устр-ва. Статич- хар-ка опис-ся в общем случ. нелинейным ур-ем (ур-ем преобразования):
Y = f(X)
Для измер. преобразов. и изм. приборов с неименованной шкалой или со шкалой, отградуир. в ед., отличн. от ед. измер. вел-ны, статич. хар-ку наз. функцией преобразования.
Опред. статич. хар-ки связано с вып. градуировки, поэтому для всех ср-в измер. исп. понятие градуировочной хар-ки, под кот. понимают завис. между знач. величин на вых. и вх. ср-ва изм., составл. в виде таблицы, графика или формулы.
На рис.2.1 показаны виды статических характеристик измерительных устройств. Основное требование, предъявляемое к статической характеристики измерительных устройств, сводится к получению линейной зависимости между выходной и входной величинами. На практике это требование реализуется в общем случае только с некоторой принятой заранее погрешностью.
Параметры измерительных устройств.
Начальное значение шкалы (НЗШ) - наименьшее значение измеряемой величины, указанное на шкале прибора (рис.2.2).
Конечное значение шкалы (КЗШ) - наибольшее значение измеряемой величины, указанное на шкале прибора (рис.2.2).
Диапазон показаний - область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.
Диапазон измерений (рабочая часть шкалы) - область знач. измеряемой величины (на шкале прибора), для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений.
Верхний предел изм. - наибольшее знач. диапазона измер.
Нижний предел изм. – наим. значение диапазона измерений.
В частном случае указанные диапазоны могут совпадать.
Диапазон изм. часто наз. рабочим диапаз. преобразований.
Из сказанного следует, что диапазон изм. определяется разностью значений верхнего и нижнего пределов измерений по входной и выходной величинам: (Xв - Xн, Yв - Yн).
Для колич. оценки влияния на выходной сигнал изм. устр-ва вх. сигнала в произвольной точке (рис.2.1) статич. хар-ки служит предел отношения приращения ΔY вых. сигнала к приращению ΔX вх. сигнала, когда последнее к нулю, т.е. производная в выбранной точке:
S = lim (ΔY/ΔX) = dY/dX, при ΔX 0
Применительно к измерительным приборам этот параметр называют чувствительностью и определяют как отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Графически чувствительность определяется как тангенс угла наклона касательной (рис.2.1), проведенной в выбранной точке А статической характеристики.
Если статическая характеристика измерительного прибора нелинейна (кривая 1 на рис.2.1), то его чувствительность будет различной в разных точках характеристики, а шкала прибора - неравномерной. Приборы с линейной (прямая 2 на рис.2.1) и пропорциональной (прямая 3 на рис.2.1) статической характеристиками имеют неизменную в любой точке шкалы чувствительность и равномерную шкалу.
Средняя чувствительность - отношение диапазона измерений выходного сигнала (Yв - Yн) к диапазону измерений входного сигнала (Xв - Xн):
Sср =(YВ – Yн) / (ХВ – Хн) .
Для большинства измерительных преобразователей функция преобразования линейна (рис.2.1 прямая 2), т.е.:
Y = К (X - Xн) + Yн
К - коэфф. преобразования.
В частном случае значения Yн и Xн могут быть равны нулю. Тогда: Y = К X
К - отношение приращения Y сигнала на выходе изм. преобразователя к вызвавшему его приращ. X вх. сигнала:
К = ∆Y/∆X = (YВ –YН) / (XВ – XН)
Для измерительных приборов важным параметром является цена деления, определяемая как разность значений величины, соотв. двум соседним отметкам шкалы. Физически цена деления опред. кол-вом ед. вх. величины, содерж. в одном делении шкалы измерительного прибора:
Ц= (КЗШ – НЗШ) / n n - число делений шкалы.
Порога чувствительности (порога реагирования) измерительного устройства, под которым понимают то наименьшее изменение входного сигнала, которое вызывает уверенно фиксируемое изменение выходного сигнала. Как правило наблюдатель, осуществляющий измерение, уверенно может заметить смещение стрелки на половину деления шкалы, поэтому порог чувствительности можно считать равным половине цены деления.