- •1. Основные понятия и определения
- •2. Планирование и организация измерений
- •3. Методы уменьшения погрешностей измерений
- •3.1. Методы уменьшения случайных погрешностей
- •3.2. Методы уменьшения систематических погрешностей
- •3.2.1. Уменьшение постоянных систематических погрешностей
- •3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
- •4. Электромеханические приборы прямого преобразования
- •4.1. Структурная схема и уравнение преобразования
- •4.2. Основные характеристики электромеханических приборов.
- •4.3. Магнитоэлектрические приборы
- •4.3.1. Устройство и принцип действия магнитоэлектрического им
- •4.3.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.3.3. Погрешности магнитоэлектрических приборов
- •4.4. Электромагнитные приборы
- •4.4.1. Устройство и принцип действия электромагнитного им
- •4.4.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.4.3. Погрешности электромагнитных приборов
- •4.5. Электродинамические приборы
- •4.5.1. Устройство и принцип действия электродинамического им
- •4.5.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.5.3. Погрешности электродинамических приборов
- •4.6. Ферродинамические приборы
- •4.6.1. Устройство и принцип действия ферродинамического им
- •4.6.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.6.3. Погрешности ферродинамических приборов
- •4.7. Электростатические приборы
- •4.7.1. Устройство и принцип действия электростатического им
- •4.7.2. Области применения, достоинства и недостатки
- •4.7.3. Погрешности электростатических приборов
- •4.8. Индукционные им и приборы на их основе
- •4.8.1. Устройство, принцип действия и области применения
- •4.8.2. Погрешности индукционных приборов
- •5. Измерительные преобразователи (ип) неэлектрических величин
- •5.1. Общие сведения и характеристики ип
- •5.2. Классификация измерительных преобразователей
- •5.3. Резистивные измерительные преобразователи
- •5.3.1. Общие вопросы построения рип
- •5.3.2. Основные характеристики рип:
- •5.3.3. Реостатные преобразователи
- •5.3.4. Тензорезистивные ип
- •5.3.5. Теплорезистивные ип
- •5.3.7. Измерительные цепи резистивных ип
- •6. Термоэлектрические ип
- •6.2. Области применения и материалы термоэлектрических ип
- •6.3. Характеристики термоэлектрических преобразователей
- •6.4. Конструкции термоэлектрических ип
- •6.5. Измерительные цепи термоэлектрических ип
- •7. Емкостные ип (еип)
- •7.1. Принцип действия, конструкции, характеристики еип
- •7.2. Области применения, достоинства и недостатки еип
- •7.3. Погрешности еип
- •7.4. Измерительные цепи еип
- •8. Электромагнитные ип.
- •8.1. Индуктивные ип
- •8.1.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.1.2. Основные характеристики и области применения
- •8.1.3. Погрешности индуктивных ип
- •8.1.4. Измерительные цепи индуктивных ип
- •8.2. Трансформаторные ип
- •8.2.1. Принцип действия, конструкции, достоинства и недостатки
- •8.2.2. Погрешности трансформаторных ип
- •8.3. Магнитоупругие ип
- •8.3.1. Принцип действия, конструкции магнитоупругих ип
- •8.3.2. Характеристики и области применения
- •8.3.3. Погрешности магнитоупругих ип
- •8.3.4. Измерительные цепи
- •9. Пьезоэлектрические ип
- •9.1. Принцип действия и материалы пьезоэлектрических ип
- •9.2. Характеристики и применение пьезоэлектрических ип
- •9.3. Погрешности пьезоэлектрических ип
- •9.4. Измерительные цепи пьезоэлектрических ип
3.2.2. Уменьшение переменных систематических погрешностей
Переменные систематические погрешности зависят от изменяющихся внешних воздействий, значения которых обычно неизвестны и для их уменьшения используются методы, основанные на использовании структурной и временной избыточности.
Метод образцовых сигналов заключается в том, что в процессе цикла измерений на вход средства измерений периодически вместо измеряемой величины Х подаются образцовые сигналы (меры) Х01, Х02, ..., Х0n (рис. 3.2). Процесс измерения состоит из n + 1 тактов. Сначала измеряют величину Х. В последующих тактах производится измерение поочередно подключаемых через коммутатор (К) к средству измерения (СИ) образцовых мер. Результаты всех
Х измерений Y0, Y01, Y02, ..., Y0n образуют
Х01 К СИ систему уравнений, из решения кото-
Х0n, рой находится значение измеряемой
Рис. 3.2 величины [2].
Например, при наличии двух образцовых сигналов для первого, второго и третьего измерений можно записать Y0 = К1 + К2 X; Y1 = К1 + К2 X 01; Y2 = К1 + К2 X 02, где К1 и К2 - коэффициенты характеристики преобразования средства измерения СИ. Решив систему уравнений, можно найти значение измеряемой величины
Х = [Х02 (Y0 - Y1) + Х01 (Y2 - Y0)] /(Y2 - Y1). (3.11)
Значение Х не зависит от изменяющихся параметров характеристики преобразования средства измерения. Метод образцовых мер позволяет уменьшить все составляющие систематической погрешности (аддитивную, мультипликативную, погрешность линейности), но только в тех точках диапазона измерений, которые соответствуют образцовым сигналам [7].
Метод вспомогательных измерений используется для исключения погрешностей от влияющих величин и неинформативных параметров измеряемого сигнала. Для реализации этого метода одновременно с измеряемой величиной Х при помощи вспомогательных средств измерений (ВСИ) (рис. 3.3) производится измерение каждой из влияющих величин i и вычисление с помощью вычислительного устройства (ВУ) поправок Yi к результатам измерения. Метод вспомогательных измерений применим для снижения влияния тех дестабилизирующих факторов, которые могут быть легко учтены, но при этом необходимо знать зависимость погрешности средства измерения от этих факторов. В качестве объектов вспомогательных измерений могут выступать и неинформативные параметры входного сигнала [2].
Метод симметричных наблюдений применяется для устранения прогрессирующей (мультипликативной) систематической погрешности, изменяющейся по линейному закону во времени (рис. 3.4). Он заключается в проведении многократных наблюдений через равные промежутки времени с последующим усреднением результатов измерений, симметрично расположенных относительно среднего измерения. Измерение выполняется в четыре этапа. Сначала записываются показания измерительного прибора при входном сигнале, равном нулю: Y1 = C0. Затем измеряется мера Х0. Результат измерения может быть записан как Y2 = Х0 + C0. На третьем этапе через интервал времени Т измеряется неизвестная величина Х. Результат измерения Y3 = Х + CХТ + C0 (C - относительная систематическая погрешность). Третье измерение проводится через интервал времени, равный 2Т, при этом вновь измеряется мера Х0: Y4 = Х0 + CХ02Т + C 0. Мультипликативная погрешность устраняется вычислением Х по формуле [5]
Х = 2(Y3 - Y1)/(Y2 + Y4 - 2Y1). (3.12)
Рис. 3.3 Рис. 3.4
Например, измеряется электрическое сопротивление путем сравнения падения напряжения на образцовом R0 и измеряемом RX резисторах, включенных в цепь, как показано на рис. 3.5. Для исключения погрешности, обусловленной изменением напряжения, например, разрядом батареи источника питания проводят три измерения. Первое - на образцовом резисторе R0:
R0 RХ U01 = IR0; второе - через интервал
времени t1 на измеряемом резисто-
ре RХ: UХ = (I - I1)RХ; третье - через
1 2 интервал времени t2 = t1 = Т с нова
на резисторе R0: U02 = (I- I2)R0. Ес-
ли ток изменяется во времени по
линейному закону, то I2 = 2I1 и
I - I1= (U01 + U02)/(2R0). Измеряемое
Е сопротивление находится как [5]
Рис. 3.5
RX = 2R0 UX/(U01 + U02). (3.14)
Метод периодических измерений применяется в том случае, если влияющая величина, создающая систематическую погрешность, изменяется по периодическому закону. В этом случае два измерения проводят через половину периода, когда погрешность имеет противоположные знаки, но равные значения. В результате усреднения результатов измерений систематическая погрешность исключается [5].