Измерения веса и массы

Масса – физическая характеристика меры, является выражением гравитационных и инерционных свойств. Используются гравитационные свойства. Средствами измерения для гравитационного метода являются весы.

Весы – прибор для измерения массы, чувствительный элемент которого воспринимает вес груза и преобразует его в величину, удобную для отсчета или управления процессом измерения.

Гиря – однозначная мера, воспроизводящая единицу массы, ее кратное или дольное значение.

Весов очень много.

Общая классификация:

Весы: Лабораторные и промышленные (статическое взвешивание, дозаторы, объекты в движении)

Лабораторные:

1) Аналитические. Применяются для научных исследований, химических анализов и взвешиваний высокой точности. Подразделяются на:

- большегрузные от 1 до 5 кг. ЦД 1-2 мг.

- для макроанализов. максимальная масса 100-200 г, ЦД <= 0,1 мг

- микроаналитические максимальная масса менее 20 г, ЦД <= 0,01 мг

- ультрамикроаналитические меньше 1 г, ЦД <= 0,01 мг

2) Технические. Сочетают быстродействие и удобство работы. Предел измерения от 20 г до 50 кг. ЦД от 0,01 до 0,1 г.

3) Специальные. Служат для определения величин, зависящих от массы. Работают в строго регламентированных условиях (промышленность). Входят весы образцовые, которые служат для поверки остального весового оборудования.

Гири:

1) Эталонные. Для поверочных работ.

2) Образцовые. Для поверочных работ.

3) Общего назначения.

4) Встроенные в весы. Специфические гири, человек которых иногда не видит. Автоматически или с помощью чего-то могут быть помещены на весы.

5) Специальные

Простое и точное взвешивание

Простое заключается в сравнении массы груза с суммарной массой гирь путем сопоставления их веса.

или , суть в том, что не учитывается влияние внешних факторов. Поскольку гири имеют определенный уровень дискретности, то это сравнение может быть определено с такой точность, которую обеспечивает эта дискретность. Очень часто оказывается, что этой точности недостаточно. Если ее недостаточно, то точное взвешивание

Точное взвешивание характеризуется тем, что весы включают в себя измерительный преобразователь .

Коммутационные элементы (ключи)

Применяется две разновидности элементов:

- для передачи аналоговых сигналов. Предъявляются более жесткие требования. Замкнуто – короткое замыкание. Разомкнуто – разрыв.

Реальные ключи характеризуются остаточными параметрами.

Остаточные параметры:

- при замкнутых контактах может возникать паразитное ЭДС (Батарея)

- остаточное сопротивление (единицы или десятки Ом )

- ток утечки и некоторое остаточное сопротивление. Сопротивление разомкнутого ключа.

Основная особенность ключей – быстродействие.

Аналоговые ключи служат для передачи аналогового сигнала (величина которого равна передаваемому сигналу).

Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)

Преобразует входную величину и преобразуется в аналоговый сигнал на выходе. Как правило преобразователь кода в напряжение, либо в сопротивление. Самое простое это создать преобразователь в виде последовательности резисторов и ключей.

Цифровые отсчетные устройства

Состоят, как правило, из трех составных элементов (регистр (хранится результат измерений), преобразователь кода, цифровой индикатор). Может не быть регистра. Приводит к тому, что на отсчетное устройство приходит серия никак не контролируемых сигналов. В наиболее продвинутых приборах мы может включать и отключать регистр.

Преобразователь кода нужен для фиксации либо нужного элемента индикатора или группы сигналов.

Цифровой индикатор:

1) Газоразрядные цифровые лампы. Стеклянный баллон с неоном, проволока в виде цифр. Анод представляет проволочную сетку. Недостаток – требует большого напряжения и высокое потребление мощности. Большая яркость.

2) Электро-люминесцентные индикаторы. Зелененькие, как правило. Потребление энергии на порядок меньше. Небольшая яркость.

Электро-люминесцентные индикаторы на диодах. Мощность потребления диодов большая. Высокая стоимость.

3) Катодо-лиминесцентные. Электронно-лучевая трубка, как в осциллографе. Сигнал формируется электронным способов. Могут писаться тексты, гореть буквы и т.д. Внутри вакуум. Условное обозначение ИВ (индикатор вакуумный). Достоинства – большая яркость, большие функции. Недостаток – большая хрупкость. Большой в ширину

Индикаторы на жидких кристаллах. Сотовый, часы электронные. Достоинство – малое рабочее напряжение, малая потребляемая мощность. Недостаток – слабость свечения, инерционность, доходящая за полсекунды. ЖК индикаторы обладают очень маленьким температурным диапазоном, комнатные и близ них.

4) Вакуумные накальные индикаторы. Откачанный до вакуума баллон, внутри обычная лампочка накаливания. Достоинства – высокая регулируемая яркость. Недостаток – большая потребляемая мощность.

Основные технические характеристики основных цифровых измерительных устройств:

1) Измеряемые величины и диапазоны измерения. Как правило, цифровые измерительные устройства многопредельны и многофункциональны.

2) Чувствительность, разрешающая способность, дискретность, квант. Наименьшие различимые изменения измеряемой величины.

3) Точность. В цифровых устройствах всегда есть погрешность квантования. Обычно это половина единицы последнего разряда.

4) Быстродействие. Определяется интервалом времени (может быть большим и зависит от чувствительности), временем установления показаний при скачкообразном изменении измеряемой величины. Если шаг дискретизации постоянен, то количество циклов может быть связано с временем дискретизации. Приборы следящего уравновешивания, то должны задать максимальную скорость измеряемой величины. Характерный параметр зависит от нашей исследуемой измеряемой величины.

5) Входное сопротивление и входной ток. Параметр важный. Если измеряется переменная составляющая, то должна быть вместе с активным сопротивлением должно приводится емкость или другие параметры, которые характеризуют наш прибор с точки зрения емкостной составляющей.

Входной ток – ток между замкнутыми (входные контакты замкнули и все что пошло через них). Вызывает погрешность измерения .

6) Помехоустойчивость.

Помеха – величина, не являющееся измеряемой, но действующая вместе с измеряемой величиной и искажающая результат измерений. Способность устройства снижать действие помех на результат измерений называется помехоустойчивостью.

Помехи:

- импульсные – последовательность импульсов в произвольной форме. Помехоустойчивость к ним не нормируется.

- флуктуационные – непрерывный во времени процесс (сетевая помеха 50 Гц):

* помехи общего вида (продольные)

* нормального вида (поперечные), потому что закон распределения близок к нормальному. Возникает когда возникает разность ЭДС точек заземления, паразитное ЭДС. Возникают в ходе эксплуатации приборов. Нормальный вид подразумевает, что они действую на сигнал с двух сторон и обладают всеми свойствами нормального распределения.

Методы борьбы:

- фильтрация. RC фильтры.

- статистическая обработка. записывают сигнал полностью целиком и анализируют его.

- компенсация. Более сложно, громоздко и дорого. Создание канала, разнесение по частотам и подача на вход сигнала помехи. Сложен технически, требует высокой квалификации, дорогостояще.

- усреднение. Можем усреднить по времени. Усредненный сигнал будет составлять полезную составляющую.

Во всех случаях степень помехи определяется в дБ.

7) Надежность – свойство устройства выполнять необходимые функции и сохранять свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. (коэффициент усиления, верхний предел и т.п.)

Характеристикой надежности является безотказность. Время между заклиниваниями. Определяется при изготовлении и усредняется. Усредненное время и является мерой безотказности.

Наработка на отказ – среднее число часов, работы аппаратуры между двумя соседними отказами.

Классификация цифровых измерительных устройств.

Основным элементом любого ЦИУ является аналогово-цифровой преобразователь.

Все устройства подразделяются на два класса.

1) ЦИУ прямого преобразования. Отсутствие общей обратной связи. Это приводит к резкому увеличению быстродействию прибора. Расплата происходит потерей точности. При отсутствии обратной связи ошибка не компенсируется, переходит в соседний элемент и выходит на выходе, имея значительную величину.

2) ЦИУ уравновешивающего (компенсационного) преобразования. Быстродействие ниже. Есть общая связь. Высокая точность.

Прямое преобразование. Стоит аналогово-цифровой преобразователь. Подразделяют все АЦП на несколько видов:

- пространственное преобразование. Измеряемая величина преобразуется в некую пространственную характеристику (угол поворота стрелки, отклонение рамки).

- устройство число-импульсного преобразования. Измеряемая электрическая величина преобразуется в количество импульсов.

- частотный преобразователь. Имеют значение временные характеристики и электрический сигнал преобразуется в частоту.

- устройство временного преобразования. Измеряемая величина преобразуется в интервал времени, длительность которого определяется путем заполнения этого интервала импульсами опорной частоты и подсчетов числа этих импульсов счетчиком.

- устройство амплитудного преобразования. Измеряемая величина преобразуется в амплитуду сигнала. Значение амплитуды определяется АЦП с помощью сравнения с опорными сигналами.

????

Основные виды цифровых измерительных приборов:

1) Приборы частотно временной группы. Выпускаются разных видов и номиналов. Бывают приборы, которые измеряют только одну величину, в общелабораторной практике это многопредельные и многопрофильные приборы. Это частотомеры. Измеряют временные характеристики исследуемого процесса (частоту, период).

????