Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения 49

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Метрология, технологические измерения и приборы»

(для студентов направления подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», направленность «Автоматизация технологических процессов и производств в горно-металлургической отрасли» очной и заочной форм обучения)

Уровень образования: бакалавриат

ДОНЕЦК 2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Метрология, технологические измерения и приборы»

	РАССМОТРЕНО на заседании кафедры «Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова» Протокол № 5 от «19» января 2017 г.

	У Т В Е Р Ж Д Е Н О на заседании учебно-методического Совета ДОННТУ Протокол № 2 от «23» марта 2017 г.

ДОНЕЦК 2017

УДК 681.325

Конспект лекций по дисциплине «Метрология, технологические измерения и приборы» (для студентов направления подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», направленность «Автоматизация технологических процессов и производств в горно-металлургической отрасли» очной и заочной форм обучения). Сост.: Гавриленко Б.В., Неежмаков С.В. - Донецк: ДонНТУ. – 2010. - 211 с.

В конспекте лекций изложены основы метрологии и технических измерений. Приведены основные понятия и определения, связанные с процессом измерения, сведения о методах и средствах измерения электрических и неэлектрических физических величинах. Рассмотрены методы преобразования измеряемой физической величины и принципы построения средств технологических измеренийизмерения. Приведены основные параметры, статические и динамические характеристики средств измерения физических величин. Рассмотрены основы стандартизации и сертификации. Изложены методы оценки и основы построения систем качества выпускаемой продукции.

Составители: Гавриленко Б.В. – доцент,

Неежмаков С.В. – доцент,

Рецензенты: А.С. Оголобченко

В.А. Попов

Отв. за выпуск: К.Н. Маренич, проф., заведующий кафедрой

«Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова»

Содержание

1.Основы метрологии и технических измерений. Предмет

и задачи метрологии. 6

2.Роль и значение измерительной техники в развитии горно-металлургической отрасли 12

3.Перспективы использования измерительной техники в угольной промышленности 13

4.Основные понятия и определения метрологии 14

5.Системы единиц измерений 17

6. Виды измерений. Классификация видов измерений 25

7. Методы измерений. Классификация методов измерений 28

8.Понятие средства измерения. Классификация средств измерения 30

8.1 Эталон и мера 32

8.2 Структурная схема передачи единицы физической величины от первичного эталона нижестоящим средствам измерения 35

8.3 Меры и эталоны электрических величин 36

8.4 Измерительные приборы. Классификация измерительных приборов 41

8.5 Измерительные преобразователи. Классификация измерительных преобразователей 42

8.6. Информационно- измерительные системы 44

9. Погрешность измерения. Классификация погрешностей измерения 45

ISO 9000 и ISO 14000 118

28. Технологические измерения и приборы в горной промышленности 121

29. Роль и значение технологических измерений и приборов в горной промышленности 121

30. Задачи, решаемые при изучении курса 122

31. Структурные схемы процесса измерения 122

32. Параметры технологических процессов горного производства,

участвующие в регулировании режимов работы шахтных машин и

механизмов 125

32.1 Технологические измерения при ведении очистных работ 126

32.2 Технологические измерения при ведении проходческих и буровых работ 127

32.3 Технологические измерения при транспортировании угля и породы 127

32.4 Технологические измерения при откачке воды в системе шахтного водоотлива 128

32.5 Технологические измерения в САУ шахтными котельными и

калориферными установками 128

32.6 Технологические измерения в системе автоматического

управления шахтной подъемной установкой 129

32.7 Технологические измерения в системе автоматического управления вентиляторными установками 130

32.8 Технологические измерения в системе автоматического управления турбокомпрессорной станцией 130

32.9 Технологические измерения в системах автоматического управления процессами обогащения 130

33. Краткие характеристики величин и параметров технологических,

участвующих в автоматическом управлении 131

34. Условия эксплуатации и особенности конструктивного исполнения

средств измерения, применяемые в технологических процессах горно-металлургического производства 132

35. Степень защиты средств технологических измерений от попадания

пыли и влаги 133

36. Теория измерительных преобразователей 134

37. Измерительный преобразователь как четырёхполюсник 138

37.1 Режимы работы измерительных преобразователей 138

37.2 Условия согласования и сопряжения ИП 141

37.3 Способы увеличения помехозащищённости средств измерения 145

38. Измерение перемещений и местоположения в системах

автоматического управления машин и механизмов 145

39. Реостатные измерительные преобразователи 147

Системы еДиниц измерений

Мелочи не играют решающей роли. Они решают всё.

Для того чтобы установить различия в количественном содержании свойств в каждом объекте, отображаемых физической величиной, вводится понятие размера физической величины.

Исторически первой системой единиц физических величин была принятая в 1791 г. Национальным собранием Франции метрическая система мер. Она не являлась еще системой единиц в современном понимании, а включала в себя единицы длин, площадей, объемов, вместимостей и веса, в основу которых были положены две единицы: метр и килограмм.

В 1832 г. немецкий математик К. Гаусс предложил методику построения системы единиц как совокупности основных и производных. Он построил такую систему, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга единицы – длины, массы и времени. Все остальные единицы можно было определить с помощью этих трех основных. Свою систему К. Гаусс назвал абсолютной системой. За основные единицы он принял миллиметр, миллиграмм и секунду.

В дальнейшем, с развитием науки и техники, появились системы единиц физических величин, построенные по принципу, предложенному К. Гауссом, и базирующиеся на метрической системе мер, но различающиеся основными единицами.

Рассмотрим главные системы единиц физических величин [1,2].

Система единиц физических величин СГС . Ее основными единицами служат сантиметр как единица длины, грамм как единица массы и секунда как единица времени. Принята в 1881 г.

Система МКГСС. Применение килограмма как единицы веса, а в последующем как единицы силы вообще, привело в конце XIX в. к формированию системы единиц физических величин с тремя основными единицами: метр – единица длины, килограмм-сила – единица силы и секунда – единица времени.

Система МКСА. Основы этой системы были предложены в 1901 г. итальянским ученым Дж. Джорджи. Основными единицами служат метр, килограмм, секунда и ампер.

Наличие ряда систем единиц физических величин, а также значительного числа внесистемных единиц, неудобства, связанные с пересчетом при переходе от одной системы единиц к другой, требовали унификации единиц измерений. Рост научно-технических и экономических связей между разными странами обусловливал необходимость такой унификации в международном масштабе.

Требовалась единая система единиц физических величин, практически удобная, охватывающая различные области измерений. При этом она должна была сохранить принцип когерентности (равенство единице коэффициента пропорциональности в уравнениях связи между физическими величинами).

В 1954 г. Х Генеральная конференция по мерам и весам установила шесть основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина и свеча) практической системы единиц. Система, основанная на утвержденных в 1954 г. шести основных единицах, была названа Международной системой единиц, сокращенно СИ (SI – начальные буквы французского наименования Systeme International). Были утверждены перечень шести основных, двух дополнительных и первый список двадцати семи производных единиц, а также приставки для образования кратных и дольных единиц. В соответствии с ГОСТ 9867-61 Международная система единиц СИ (SI) «…должна применяться как предпочтительная во всех областях науки и техники, а также при преподавании».

Прежде чем перейти к краткому изложению системы СИ,
обратим внимание, что размерность величины не является каким-то неизменным свойством, присущим данной измеряемой физической величине. Например: мощность, измеряемая в ваттах
(Вт = Дж/с), часто измеряют в вольт-амперах в соответствии с известной формулой N = I∙U. В связи с этим уместно привести слова М. Планка: «…ясно, что размерность какой-либо физической величины не есть свойство, связанное с существом ее, но представляет просто некоторую условность, определяемую выбором системы измерений». То обстоятельство, что какая-либо физическая величина имеет в различных системах измерений не только различные числовые значения, но и различные размерности, не является логическим противоречием. Например, электрическая емкость, измеряемая в привычных фарадах, в системе СГС измеряется в сантиметрах, что соответствует формулам для вычисления емкости плоского конденсатора C = ee₀S / d для системы СИ и C = eS /4pd в системе СГС.

Основные единицы СИ с указанием сокращенных обозначений русскими и латинскими буквами приведены в табл. 1.

Таблица 1

Величина	Единица измерения	Сокращенное обозначение единицы
Величина	Единица измерения	русское	международное
Длина	метр	м	m
Масса	килограмм	кг	kg
Время	секунда	с	s
Сила электрического тока	ампер	А	А
Термодинамическая температура	кельвин	К	K
Сила света	кандела	кд	cd
Количество вещества	моль	моль	mol

Определения основных единиц, соответствующие решениям Генеральной конференции по мерам и весам, следующие.

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды или 1650763,73 длины волны излучения изотопа криптона-86 при его переходе между электронными состояниями 2p₁₀®5d₅. Исторически метр был определен как 1/40 000 000 часть парижского меридиана. Были проведены тщательные измерения этой величины и изготовлен эталон метра, так называемый архивный метр. Однако с развитием техники измерений уточнялась длина меридиана и этот эталон стал нуждаться в корректировке, что не принесло удобства в практику его использования, как эталона меры длины. В дальнейшем было предложено использовать в качестве эталона архивный метр, длина которого выражена в длинах волн изотопа криптона и не зависит от времени и географического положения.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма. Исторически килограмм был определен как масса 1 дм³ воды при 4 °С.

Секунда, равная 1/86400 части средних солнечных суток, во избежание зависимости от астрономических колебаний была определена как 9192631770 периодов, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер соответствует величине (часто говорят – силе) постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным и прямолинейным проводникам кругового сечения, бесконечной длины и ничтожно малой площади, расположенным на расстоянии d = 1 м один от другого в вакууме, вызывает на каждом уча-

стке проводника длиной 1 м силу взаимодействия F = 2∙10^–7н в соответствии с известной формулой F = I₁I₂L/2pd.

Кельвин составляет 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды. При этом термодинамическая температура определяется известным законом Клапейрона–Менделеева для идеального газа PV = mRT/m. Кельвин по величине совпадает с часто употребляемым градусом Цельсия (°С).

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. Один моль любого вещества содержит число молекул (число Авогадро – N_а) равное (6,022169 ±
± 0,000040)∙10²³. В округленных числах моль водорода содержит 2 г, кислорода – 32 г, воды – 18 г и т.д.

Кандела (свеча) равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540∙10¹²Гц (длина волны l = 555,6 нм), энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Интенсивность в 1 кд соответствует излучению с 1 см² светового эталона, который представляет собой абсолютно черное тело при температуре затвердевания платины T = 2042 К. (Интенсивность излучения в 1 кд для светового эталона примерно соответствует мощности в 1,6 Вт).

Отталкиваясь от этих основных единиц, приведем единицы измерений различных величин в системе СИ. Производные единицы Международной системы единиц образуются с помощью простейших уравнений между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Например, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости равномерного прямолинейного движения V = L / t . При длине пройденного пути L (в метрах) и времени t, за которое пройден этот путь (в секундах), скорость выражается в
метрах в секунду (м/с). Поэтому единица скорости СИ – метр в секунду – это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Единица плоского угла – радиан (рад) – угол между двумя радиусами окружности R, дуга L между которыми по длине равна радиусу (a = L / R). В градусном исчислении радиан равен 57°17'48" (1рад = 180/p град). Телесный угол измеряется в стерадианах (a = S/R²). Сами по себе радиан и стерадиан применяются, в основном, для теоретических построений и расчетов, так как большинство важных для практически значений углов (полный угол, прямой угол и т.д.) в радианах выражается трансцендентными числами (2p, p/2 и т.д.).

Частота f измеряется в герцах, соответствующих числу колебаний за один период f = 1/T. Сила измеряется в ньютонах (Н). При этом размерность ньютона Н = кг∙м/с² соответствует, например, второму закону Ньютона F = m∙a. Давление, равное силе
на единицу площади, измеряют в паскалях (Па = Н/м²), энер-
гию – в джоулях (Дж = кг∙м²/с²), мощность – в ваттах
(Вт = Дж/с). Величину электрического заряда измеряют в кулонах (Кл = А∙с), напряжение – в вольтах (В = Вт/А = м²∙кг∙с^-3∙А^–1 в соответствии с выражением N = U ∙ I), электрическую емкость –
в фарадах (Ф = Кл/В), электрическое сопротивление – в омах
(Ом = В/А = м²∙кг∙с^-3∙А^–2), электрическую проводимость – в сименсах (См = А/В). Поток магнитной индукции Ф = H∙S измеряют в веберах в соответствии с известной формулой e = d Ф/ dt (Вб = В∙с), магнитную индукцию – в теслах (Тл = Вб/м²), индуктивность –
в генри (Гн = Вб/А в соответствии с Ф = L ∙ I). Световой поток, излучаемый излучателем в данный телесный угол, измеряют в люменах (лм = кд/стерад), освещенность поверхности – в люксах (лк = лм/м²). Для радиоактивного излучения приняты следующие единицы измерений: активность нуклида (радиоактивность данного вещества) измеряют в беккерелях, (Бк = с^–1), т.е. измеряют число распадов атомов в секунду. Доза излучения, полученная телом, измеряется в греях (Гр = м²/с²), 1 Гр соответствует передаче на 1 кг облучаемой массы энергии ионизирующего излучения в 1 Дж.

Перечисленные (и некоторые другие) единицы измерений различных величин образуют единую систему измерений. Это означает, что при любых вычислениях в рамках этой системы будут получаться только вышеперечисленные единицы либо их комбинации.

Наиболее прогрессивным способом образования кратных и дольных единиц является принятая в метрической системе мер десятичная кратность между большими и меньшими единицами.

В табл. 2 приводятся множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования.

Таблица 2

Множитель	Приставка	Обозначение приставки
Множитель	Приставка	русское	международное
10¹⁸	экса	Э	Е
10¹⁵	пета	П	Р
10¹²	тера	Т	Т
10⁹	гига	Г	G
10⁶	мега	М	М
10³	кило	к	k
10²	гекто	г	h
10¹	дека	да	da
10^-1	деци	д	d
10^-2	санти	с	c
10^-3	милли	м	m
10^-6	микро	мк	m
10^-9	нано	н	n
10^-12	пико	п	p
10^-15	фемто	ф	f
10^-18	атто	а	a

Следует учитывать, что при образовании кратных и дольных единиц площади и объема с помощью приставок может возникнуть двойственность прочтения в зависимости от того, куда добавляется приставка. Так, сокращенное обозначение 1 км² можно трактовать и как 1 квадратный километр и как 1000 квадратных метров, что, очевидно, не одно и то же (1 квадратный километр = 1.000.000 квадратных метров). В соответствии с международными правилами кратные и дольные единицы площади и объема следует образовывать, присоединяя приставки к исходным единицам. Таким образом, степени относятся к тем единицам, которые получены в результате присоединения приставок.
Поэтому 1 км² = 1 (км)² = (10³ м) ² = 10⁶ м².

В науке и технике широко распространены относительные и логарифмические единицы измерения.

Относительная величина представляет собой безразмерное отношение физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную.

Логарифмическая величина представляет собой логарифм (десятичный, натуральный или при основании 2) безразмерного отношения двух одноименных физических величин. Логарифмические величины применяют для выражения уровня звукового давления, усиления, ослабления, выражения частотного интервала и т.п.

Единицей логарифмической величины является бел (Б), определяемый соотношением при , где - одноименные энергетические величины. В случае, если берется логарифмическая величина для отношения двух одноименных "силовых" величин (напряжения, силы тока, давления, напряженности поля и т.п.), бел определяется по формуле при . Дольной единицей от бела является децибел (дБ), равный 0,1 Б.

Производные единицы Международной системы единиц образуются с помощью простейших уравнений между величинами, в которых числовые коэффициенты равны единице. Так, для линейной скорости в качестве определяющего уравнения можно воспользоваться выражением для скорости рав-номерного прямолинейного движения .

При длине пройденного пути (в метрах) и времени t, за которое пройден этот путь (в секундах), скорость выражается в метрах в секунду (м/с). Поэтому единица скорости СИ - метр в секунду - это скорость прямолинейно и равномерно движущейся точки, при которой она за время 1 с перемещается на расстояние 1 м.

Если в определяющее уравнение входит числовой коэффициент, то для образования производной единицы в правую часть уравнения следует подставлять такие числовые значения исходных величин, чтобы числовое значение определяемой производной единицы было равно единице. Например, единица кинетической энергии СИ - килограмм-метр в квадрате на секунду в квадрате - это кинетическая энергия тела массой 2 кг, движущегося со скоростью 1 м/с, или кинетическая энергия тела массой 1 кг, движущегося со скоростью м/с. Эта единица имеет особое наименование - джоуль (сокращенное обозначение Дж).

6. Виды измерений. Классификация видов измерений

Измерение является важнейшим понятием в метрологии. Это организованное действие человека, выполняемое для количествен-ного познания свойств физического объекта с помощью определения опытным путем значения какой-либо физической величины [20].

Существует несколько видов измерений. При их классификации обычно исходят из характера зависимости измеряемой величины от времени, вида уравнения измерений, условий, определяющих точность результата измерений и способов выражения этих результатов.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения разделяются на:

статические, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени;
динамические, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени.

Статическими измерениями являются, например, измерения размеров тела, постоянного давления, динамическими - измерения пульсирующих давлений, вибраций.

Существуют 4 основных вида измерений:

- прямое измерение – измерение, при котором истинное значение физической величины находятся непосредственно из опытных данных или с помощью прибора непосредственно отсчитывающего значения измеряемой величины. При прямых измерениях уравнение измерения имеет вид: .

Примеры. Измерения массы на циферблатных или равноплечных весах, температуры термометром, длины с помощью линейных мер.

- косвенное измерение – это измерение, при котором истинное значение измеряемой величины находят путём исследования известной функциональной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям:

Примеры. Нахождение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам; нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения.

- совокупные измерения – как правило проводятся при научных исследованиях, а результаты измерения находятся путём решения системы измерений. Совокупные измерения – производимые одновременно измерения одноименных величин, при которых искомые значения величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин.

Примеры. А)Измерения, при которых массы отдельных гирь набора находят по известной массе одной из них по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь.

Б) - термо ЭДС, - температура окружающей среды. Каждое уравнение представляет результат прямых измерений различных сочетаний измеряемых величин. Измеряемые величины получены прямыми измерениями.

- текущая температура окружающей среды;

- величина термо ЭДС;

- коэффициенты полинома.

- совместные измерения. Производимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для нахождения зависимости между ними. Совместные измерения производятся путём планирования эксперимента. Совместные измерения отличаются от совокупных тем, что прямые измерения физических величин производятся в ходе планирования эксперимента.

Пример. Измерения, при которых электрическое сопротивление при температуре 20°С и температуре коэффициенты измерительного резистора находят по данным прямых измерений его сопротивления при различных температурах.

Кроме того, измерения классифицируются:

- в зависимости от условий проведения и конкретных ситуаций на лабораторные, промышленные и др.;

- в зависимости от процедуры проведения во времени на непрерывные, периодические, дискретные и др.;

- в зависимости от формы представления на абсолютные и относительные.

Абсолютное измерение – измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использования значений физических констант.

Относительное измерение – измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменения величины.

Принцип измерений - cовокупность физических явлений, на которых основаны измерения.

Примеры. Измерения температуры с использованием термоэлектрического эффекта; измерения массы взвешиванием (использование силы тяжести, пропорциональной массе); измерения расхода газа или жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве.

7. Методы измерений. Классификация методов измерений

Принцип измерений - физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.

Метод измерений – совокупность приёмов использования принципов и средств измерения. Все существующие методы измерений условно делятся на 2 основных вида:

- метод непосредственной оценки – значения определяемой величины определяется непосредственно по отчетному устройству прибора или измерительного устройства прямого действия.

- метод сравнения с мерой – измеряется величина, сравнивающаяся с величиной заданной мерой. При этом сравнение может быть переходное, равновременное, разновременное и другие.

Нулевой метод предусматривает одновременное сравнение измеряемой величины и меры, а результирующий эффект воздействия доводится с помощью прибора сравнения до нуля.

Пример: измерения электрического сoпротивления мостом с полным его уравновешиванием.

В горнометаллургической отрасли широкое применение находит дифференциальный метод - метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой.

Пример: измерения, выполняемые при по верке мер длины сравнением с образцовой мерой на компараторе.

Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливается соотношение между этими величинами.

Пример: измерения массы на равноплечных весах с помещением измеряемой массы и уравновешивающих ее гирь на двух чашках весов.

Метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают известной величиной, воспроизводимой мерой.

Пример: взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов.

Метод совпадений - метод сравнения с мерой, в котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадения отметок шкал или периодических сигналов.

Пример: измерение длины с помощью штангенциркуля с нониусом основано на использовании метода совпадений: наблюдают совпадение отметок на шкалах штангенциркуля и нониуса; при измерении частоты вращения стробоскопом наблюдают совпадения положения какой-либо марки на вращающемся объекте в моменты вспышек известной частоты.

Кроме методов измерения широко применяются следующие методы контроля:

- дифференциальный метод – при этом методе осуществляется незаконченная проверка каждого измеряемого параметра в отдельности;

- компенсационный - при этом методе осуществляется проверка нескольких параметров по суммарной погрешности.

Из всех методов измерения метод сравнения с мерой является более точным по сравнению с методом непосредственной оценки, причём дифференциальный метод измерения является более точным, чем нулевой метод измерения.

Недостатком нулевого метода измерения является необходимость иметь большой число мер, различных сочетаний для воспроизведения мерных величин кратных измеряемым. Разновидностью нулевого метода является компенсацион6ный метод измерения, при котором происходит измерения физической величины без нарушения процесса в котором она участвует.

Эталон и мера

Эталон единицы - средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы с целью передачи ее размера нижестоящим поверочной схеме средствам измерений, выполненное по особой спецификации и официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

Примеры. Комплекс средств измерений для воспроизведения метра через длину световой волны, утвержденный в качестве государственного эталона метра; платиноиридиевая гиря № 6 в 1 кг, утвержденная в качестве эталона-копии килограмма; группа из шести манганиновых одноомных резисторов, утвержденная в качестве государственного эталона ома.

Первичный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

Примечание. Первичный эталон основной единицы должен воспроизводить единицу в соответствии с ее определением.

Вторичный эталон - эталон, значение которого устанавливают по первичному эталону.

Эталон-свидетель - вторичный эталон, предназначенный для проверки сохранности государственного эталона и для замены его в случае порчи или утраты.

Примечание. Эталон-свидетель применяется лишь тогда, когда государственный эталон является невоспроизводимым.

Эталон-копия - вторичный эталон, предназначенный для передачи размеров единиц рабочим эталонам.

Примечание. Эталон-копия не всегда является физической копией государственного эталона.

Эталон сравнения - вторичный эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличаемы друг с другом.

Специальный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы в особых условиях и заменяющий для этих условий первичный эталон.

Примечание. Единица, воспроизводимая с помощью специального эталона, по размеру должна быть согласована с единицей, воспроизводимой с помощью соответствующего первичного эталона.

Рабочий эталон - эталон, применяемый для передачи размера единицы образцовым средствам измерений высшей точности, и в отдельных случаях — наиболее точным рабочим средствам измерений.

По всем системным единицам имеются первичные эталоны, эталон моля отсутствует. Эталон килограмма – платиноиридиевый стержень с высотой и длиной равной 39 мм и рычажные весы на 1 кг с возможностью дистанционной передачи показаний. Эталон Ампера – токовые весы с дистанционным управлением, эталон сопротивления – комплекс эталонов в виде группы из 10 манганиновых катушек и измерительный мост.

Государственный эталон - первичный или специальный эталон, cпециально утвержденный в качестве исходного для страны

Пример. Нормальный элемент, используемый для сличений государственного эталона вольта СССР с эталоном вольта Международного бюро мер и весов.

Эталонная установка - измерительная установка, входящая в комплекс средств измерений, утвержденный в качестве эталона.

Образцовое средство из мерений - мера, измерительный прибор или измерительный преобразователь, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.

Образцовое вещество - образцовая мера в виде вещества с известными свойствами, воспроизводимыми при соблюдении условий приготовления, указанных в утвержденной спецификации.

Примеры. Чистая вода, чистые газы (водород, кислород), чистые металлы (цинк, серебро, золото, платина).

Стандартный образец - мера для воспроизведения единиц величин, характеризующих свойства или состав веществ и материалов.

Примеры. Стандартный образец свойств ферромагнитных материалов, стандартный образец среднелегированной стали с аттестованным содержанием химических элементов

Исходное образцовое средство измерений - образцовая мера или образцовый измерительный прибор, соответствующие высшей ступени поверочной схемы органа метрологической службы.

Подчиненное образцовое средство измерений - образцовая мера, образцовый измерительный прибор или образцовый измерительный преобразователь низшего разряда по сравнению с исходным образцовым средством измерений

Поверочная установка - измерительная установка, укомплектованная образцовыми средствами измерений и предназначенная для поверки других средств измерений.

Примеры. Установка для поверки термометров, состоящая из образцовых термометров, устройств для воспроизведения постоянных температурных точек, термостатов и т. д.; установка для поверки электрических счетчиков, включающая образцовые ваттметры, щит для навешивания и соединения счетчиков, вспомогательные приборы, а также питающие и регулирующие устройства.

Рабочее средство измере ний - средство измерений, применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единиц.

Примеры. Весы для отпуска товаров, меpa длины, применяемая для измерений размеров изделий или для наладки металлообрабатывающих станков.

Поверочная схема - утвержденный в установленном документ, устанавливающий средства, методы и точность передачи размера единицы от эталона или исходного образцового средства измерений рабочим средствам измерений.

Разряд образцовых средств измерений - категория образцовых средств измерений, отнесенных к одной и той же ступени поверочной схемы.

Примечание. Размеры образцовых средств измерений нумеруются: 1-й, 2-й и т. д.

8.2 Структурная схема передачи единицы физической величины от первичного эталона нижестоящим средствам измерения

Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.

Примеры. Гиря — мера массы; измерительный резистор — мера электрического сопротивления; температурная лампа — мера яркостной или цветовой температуры; кварцевый генератор — мера частоты электрических колебаний.

Меры бывают:

однозначная мера - мера, воспроизводящая физическую величину одного размера;

Примеры: гиря, плоскопараллельная концевая мера длины, измерительная колба, измерительный резистор, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости.

многозначная мера - мера, воспроизводящая ряд одноименных величин различного размера;

Примеры: линейка с миллиметровыми делениями, вариометр индуктивности, конденсатор переменной емкости.

н абор мер - специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, по и в различных сочетаниях с целью воспроизведения ряда одноименных величин различного размера.

Примеры: набор гирь, набор плоскопараллельных концевых мер длины, набор измерительных конденсаторов.

Эталон силы тока

Государственный эталон 1 ампер – это комплекс, в который входят токовые весы и мера электрического сопротивления, играющая роль эталона сопротивления.

Токовые весы – это рычажные весы, к одному концу коромысла которых подвешен слиноид, а к другому – гиря, известной массы. Под действием тока между соленоидами возникает сила притяжения, определяемая длинной провода и силой тока.

Погрешность такого эталона , СКО воспроизводится . Для воспроизведения единицы силы переменного тока применяется специальный эталон, включающий в себя стабилизированный источник постоянного и переменного тока, потенциометры постоянного и переменного тока и компенсирующего термоэлектрического преобразователя. Систематическая погрешность такого преобразователя – 2*10^-4, диапазон воспроизводимых значений силы тока: 10мА – 10А (для постоянного тока диапазон составляет 10^-12 А – 30А).

Для частоты выше 100кГц и до 300МГц применяют эталон, в котором в качестве сравнивающего элемента применяется электродинамический амперметр и фотоэлектрический компаратор.

В измерительных приборах рабочие эталоны силы тока не применяются, а вместо них используют раздельно меры электрического сопротивления и напряжения.

Меры эдс и напряжения

Государственный эталон напряжения основан на использовании эффекта Джозефсона, состоящем в возникновении электрического напряжения между двумя проводниками, помещенными в высокочастотное электрическое поле и разделенными диэлектриком эффект обеспечивает погрешность воспроизведения примерно 10^-6.

Помимо государственного эталона для хранения единицы электрического напряжения применяют так называемые нормальные гальванические элементы. Они могут играть роль как рабочих эталонов, так и государственных эталонов копий. В последнем случае нормальный элемент помещается в термостат и непрерывно контролируется Т⁰.

В качестве эталона переменного напряжения с частотой от 20Гц до 30МГц используется комплекс, состоящий из меры постоянного напряжения, двух потенциометров и компенсирующего термоэлектрического преобразователя и источника переменного напряжения. Погрешность воспроизведения примерно 8*10^-4. для частоты до 3ГГц применяется аналогичный эталон, погрешность воспроизведения которого примерно 2*10^-2 (2% для государственного эталона).

В качестве рабочего эталона напряжения в измерительных приборах применяется стабилитрон или нормальный элемент.

Меры времени и частоты

В качестве образцовых средств измерения частоты применяются квантовые и кварцевые меры. Наибольшую точность обеспечивает квантовые меры. Они основаны на использовании одной из спектральных линий излучения или поглощения атомов ли молекул вещества. Конструктивно такая мера представляет собой генератор с кварцевой стабилизацией, синхронизированной по частоте квантов генератора, т.е. лазера. Вместо квантового генератора могут применяться квантовые дискриминаторы.

Для мер частоты нормируются две характеристики относительной погрешности: долговременная нестабильность, которая нормируется за 30 дней, за сутки, за час, и кратковременная нестабильность (интервал от 1 мс до 10 с). Для квантовых мер нормируются обе характеристики. Долговременная нестабильность определяется характеристиками лазера квантового дискриминатора, кратковременная нестабильность определяется характеристиками цепей автоподстройки квантового генератора.

В качестве рабочих образцовых мер частоты применяют кварцевые опорные генераторы, а они непосредственно встраиваются в прибор. Они имеют нестабильность частоты до 2*10^-11 за 1с и до5*10^-11за сутки (долговременная нестабильность).

Недостатком кварцевых эталонов является продолжительное время вхождения в режим. Квантовые меры входят в режим практически мгновенно.

Государственный первичный эталон времени и частоты представляет собой комплекс из следующих средств измерений:

- цезиевые квантовые меры (предназначены для воспроизведения единиц времени и частоты);

- водородные квантовые меры (предназначены для хранения единиц времени и частоты);

- группы квантовых часов (предназначены для хранения шкал времени);

- аппаратура для передачи размера единицы в оптический диапазон, состоящая из группы лазеров и СВЧ генератора;

- аппаратура для внутреннего и внешнего сличений единиц времени и частоты;

- средства обеспечения, включающие в себя термостаты, стабилизаторы напряжения, передатчики сигналов точного времени и т.д.

Обеспечивается погрешность не более 2*10^-14 за интервал времени от 100 с до 24 часов. СКО эталона времени и частоты составляет 5*10^-14. Это самый точный из всех существующих на сегодняшний день эталонов физических величин.

Для поверки местных мер частоты от государственного первичного эталона по радио передают сигналы образцов частот в нескольких диапазонах. Сличение с этими сигналами осуществляется посредством спецприемников, встраиваемых в местные меры частоты

Эталон индуктивности.

Состоит из четырех тороидальных катушек и моста для передачи размера единицы индуктивности, работающего на частоте 1кГц. Погрешность государственного эталона составляет 5*10^-6при СКО=1*10^-6.

Классы точности применяемых мер

Мерой ЭДС является нормально насыщенный гальванический элемент с точно известным значением ЭДС. В качестве электролита применяется водный раствор сернокислого кадмия. Причём, раствор может быть насыщенным и ненасыщенным, более стабильными являются насыщенные элементы, которые имеют класс точности 0,0002, что соответствует наибольшему отклонению ЭДС на 5 мВ в течении календарного года.

Наибольший ток, который можно пропустить через нормально насыщенный элемент составляет от 0,002 до 1 мкА.

ЭДС нормально насыщенного элемента лежит в диапазоне 1,018540 – 1,018530 В, при температуре 20 С. При изменении Т необходимо вводить поправочный коэффициент на величину ЭДС.

Мерой сопротивления являются катушки, выполненный лентой или проволокой выполненной из манганина (наивысший класс точности – 0,00005, худший - 2).Эти катушки имеют сопротивление по стандартному ряду 10 , где - принимает значения

Мерой индуктивности является намотанный на пластмассовый корпус тонкий медный изолированный провод. Существуют стандартные меры индуктивности: 0,0001 Гн; 0,001 Гн; 0,01 Гн; 0,1 Гн. Меры индуктивности имеют следующие классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1. Вместо медной проволоки может применяться манганиновая проволока на отдельных катушках в виде магазина индуктивности.

Мера ёмкости: воздушные или слюдяные конденсаторы со значением ёмкости 50пФ…400мкФ. Классы точности 0,005; 0,05; 0,02; 0,01; 0,1; 0,2; 0,5; 1.

Индикаторы

Особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (индикатор фазового провода электропроводки, индикатор контакта измерительного наконечника прибора линейных измерений с поверхностью детали, лакмусовая бумага, "индикатор пожара в помещении", индикаторы охранной сигнализации). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (омметр при проверке обрыва в электрической цепи, часы-будильник, предельный электроконтактный измерительный преобразователь с визуальной или звуковой сигнализацией, называемый иногда «реле геометрических размеров»).

8.6 Информационно- измерительные системы

- совокупность технических средств измерения связанных каналами связи и предусматриваемых многократное испытание этих каналов связи;

- система телеизмерения испытывает передачу измеряемой информации по уплотнённым каналам связи;

- система автоматического контроля осуществляет передачу информации и дальнейшее её сравнение с номинальными параметрами и определяющими работу, установки механизма, машины, объекта автоматического управления.

Измерительная система - совокупность средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

9. Погрешность измерения. Классификация погрешностей измерения

При анализе измерений следует четко разграничивать два понятия: истинные значения физических величин и их эмпирические проявления - результаты измерений.

Истинные значения физических величин - это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются абсолютной истиной.

Результаты измерений , напротив, являются продуктами нашего познания. Представляя собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерения, они зависят не только от них, но еще и от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющего измерения.

Разница между результатами измерения X' и истинным значением Q измеряемой величины называется погрешностью измерения [17]:

(1)

Погрешность измерения – отклонение результата от истинного значения измеряемой величины. ГОСТ не рекомендует заменять «погрешность» на «ошибку».

Но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то неизвестны и погрешности измерения, поэтому для получения хотя бы приближенных сведений о них приходится в формулу (1) вместо истинного значения подставлять так называемое действительное значение.

Под действительным значением физической величины понимается ее значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.

Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений. Последние проявляются двояко. С одной стороны, все физические величины, играющие какую-либо роль при проведении измерений, в той или иной степени зависят друг от друга. Поэтому с изменением внешних условий изменяются истинные значения измеряемых величин. С другой стороны, условия проведения измерений влияют и на характеристики средств измерений и физиологические свойства органов чувств наблюдателя и через их посредство становятся источником погрешностей измерения.

Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, под влиянием которых складывается суммарная погрешность измерения - см. формулу (1). Их можно объединить в две основные группы.

1. Факторы, проявляющиеся весьма нерегулярно и столь же неожиданно исчезающие или проявляющиеся с интенсивностью, которую трудно предвидеть. К ним относятся, например, перекосы элементов приборов в их направляющих, нерегулярные изменения моментов трения в опорах, малые флюктуации влияющих величин, изменения внимания операторов и др.

Доля, или составляющая, суммарной погрешности измерения (1), определяемая действием факторов этой группы, называется случайной погрешностью измерения. Ее основная особенность в том, что она случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.

При создании измерительной аппаратуры и организации процесса измерения в целом интенсивность проявления большинства факторов данной группы удается свести к общему уровню, так что все они влияют более или менее одинаково на формирование случайной погрешности. Однако некоторые из них, например внезапное падение напряжения в сети электропитания, могут проявиться неожиданно сильно, в результате чего погрешность примет размеры, явно выходящие за границы, обусловленные ходом эксперимента в целом. Такие погрешности в составе случайной погрешности называются грубыми. К ним тесно примыкают промахи - погрешности, зависящие от наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов.

2. Факторы, постоянные или закономерно изменяющиеся в процессе измерительного эксперимента, например плавные изменения влияющих величин или погрешности применяемых при измерениях образцовых мер. Составляющие суммарной погрешности (1), определяемые действием факторов этой группы, называются систематическими погрешностями измерения. Их отличительная особенность в том, что они остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины. До тех пор, пока систематические погрешности больше случайных, их зачастую можно вычислить или исключить из результатов измерений надлежащей постановкой опыта.

Таким образом, мы имеем два типа погрешностей измерения:

случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;
систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.

В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются одновременно, и погрешность измерения можно представить в виде суммы:

(2)

где - случайная, а - систематическая погрешности.

Измерительные усилители

Измерительные усилители предназначены:

- для усиления измеряемых сигналов, т.е. для увеличения чувствительности (масштабное преобразование);

- для согласования сопротивлений сопрягаемых преобразователей;

- преобразователи напряжения в ток или тока в напряжение;

- для уменьшения потребления энергии от исследуемого обьекта.

Элементная база – биполярные и полевые транзисторы, интегральные микросхемы, электрические лампы(для увеличения сопротивления до 1013Ом).

Основная статическая характеристика – номинальный коэффициент усиления или номинальный коэффициент передачи, т.е номинальная чувствительность.

Различают усилители переменного и постоянного тока(частотное ограничение по диапазону измерения).

Основные источники погрешностей:

- поводки;

- шумы;

- изменение Uy во времени и под действием влияния факторов.

Погрешность уменьшается за счет введения ООС.

- абсолютная погрешность, приведенная ко входу.

δS – погрешность изменения коэффициента усиления;

δβ – погрешность в цепи ООС

δβ >δS

Анализ показывает, что аддитивная составляющая погрешности не уменьшается.

Нестабильность напряжения смещения в УПТ определяется зависимостью параметров усилительных элементов от и прочее. Она вызывает аддитивную погрешность.

Её можно уменьшить путем применения усилителей с модуляцией-демодуляцией (недостаток в том , что они имеют высокую точность при определенном диапазоне усиления сигналов).

Класс точности усилителей переменного тока определяется (не более 4%) мультипликативной погрешностью.

Измерительные мосты

Измерительный мост – это обычно четырехплечная электрическая цепь, составленная из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, предназначенная для определения отношения параметров этих компонентов. К одной паре противоположных полюсов цепи подключается источник питания, а к другой – нуль-детектор. Измерительные мосты применяются только в тех случаях, когда требуется наивысшая точность измерения. (Для измерений со средней точностью лучше пользоваться цифровыми приборами, поскольку они проще в обращении.) Наилучшие трансформаторные измерительные мосты переменного тока характеризуются погрешностью (измерения отношения) порядка 0,0000001%. Простейший мост для измерения сопротивления носит имя своего изобретателя Ч.Уитстона.

АЦП параллельного счета

Для i-того компаратора:

Эта схема обладает наибольшим быстродействием из всех АЦП. Быстродействие схемы равно быстродействию одного компаратора.

Недостатки : число компараторов равно числу вых. кода (количеству разрядов кода).

Высокое разрешение с таким АЦП получить не удастся.

АЦП время-код

Временные диаграммы:

Интервал от t_н до t_к – это временные ворота. Количество импульсов, попадающих во временные ворота, будут кодировать аналоговый сигнал.

- количество импульсов.

АЦП двойного интегрирования

ИОН – источник опорного напряжения;

S1, S2 – ключи.

Временные диаграммы:

УУ вырабатывает прямоугольные прямоугольный импульс, калиброванный длительностью.

Напряжение на выходе интегратора изменяется по закону:

Далее S1 – в нижнем положении, S2 – замыкается, напряжение ИОНа <0. Напряжение на выходе интегратора в этом случае изменяется по закону:

Когда U=0 (станет равным нулю) S2 отключается сигналом компаратора.

Эти временные врата заполняются счетными импульсами, которые формируют код.

Достоинства: допустим входной сигнал создаёт гармоническую помеху, т.е представляет собой сумму полезного сигнала и помехи. Если период интегрирования вверх, т.е T₁, кратен периоду этой помехи, то интеграл от гармонической функции за период =0. Это используется для подавления помех от промышленной сети на частоте 50Гц. Т.е период интегрирования выбирается 20, 40, 60 с.

В УУ иногда применяют схему синхронизации с напряжением питающей сети, для того, чтобы T₁ строго ровнялось периоду сетевой помехи.

АЦП напряжение – частота

На вход схемы поступает напряжение отрицательной полярности, на выходе интегратора возникает линейно – изменяющиеся напряжение, скорость нарастания которого прямо пропорционально входному напряжению.

В тот момент, когда это напряжение достигает U_оп, компаратор выдает команду на формирование импульса восстановления начального уровня, это короткий положительный импульс большой амплитуды (заведомо превышает U_вх). И это напряжение полностью разряжает конденсатор интегратора за короткое время.

Если время заряда конденсатора τ, а время разряда τ₀, при этом импульс разряда >> чем U_вх по модулю, т.е:

то можно рассчитать количество импульсов, т.е. их частоту.

При заряде конденсатор получает количество электричества:

Т.о. входное напряжение:

- это уравнение преобразование этого АЦП.

Достоинство: при расчете не учитывается емкость (она нестабильна).

Недостатки: нужно калибровать U_разр , длительность импульсов разряда τ_р, сопротивление резисторов R₁ и R₂ входят в расчетное выражение (т.о. входят и их погрешности ).

Непроволочные.

Преимуществами являются все недостатки проволочных реостатов.

Недостатки.

1. Низкая точность;

2. Нестабильность рабочих характеристик которое может быть равна 5%.

Функции преобразования линейных и круглых реостатных преобразователей.

Реостатные преобразователи перемещения по сравнению с известными имеют следующие преимущества:

1. Высокая точность до 0,01%;

2. Линейность выходных рабочих характеристик;

3. Незначительное усилие для перемещения движка реостата.

Недостатки:

1. Из – за запылённости окружающей атмосферы и загрязнённости применение в шахте без специальных защитных устройств проблематично.

2. Нелинейность выходной рабочей характеристики вызванная подключением нагрузки.

В измерительной технике применяют следующие серии выпускаемых сопртив-

лений:

1) ПТ от 20 Ом до 1 МОм нестабильность 2%;

2) ПТМН до 1 МОм нестабильность 1%;

3) МРХ 10 ОМ…20МОм нестабильность 0,02%…0,05%.

Одним из методов уменьшения погрешности является структурный метод. По этому методу прибор строится из преобразователей, подверженных действию влияющих величин, но его структурная схема выбирается такой, чтобы частные погрешности отдельных преобразователей взаимно компенсировались. Структурная схема прибора во многом определяет его свойства. Приборы построенные по простым схемам, обычно дешевле и надежнее приборов, построенных по сложным схемам. Однако усложнение схемы приводит к прибору с лучшими метрологическими характеристиками: меньшей погрешности, меньшей инерционности.

Температурная погрешность ИП в основном обусловлена изменением активной составляющей их сопротивления. Эта погрешность аддитивна и уменьшается в случае применения мостовых схем. Так же при изменении температуры изменяется магнитная проницаемость стали, что приводит к некоторому дополнительному изменению аддитивной и мультипликативной погрешностей.

При изменении напряжения питания меняется магнитная проницаемость магнитопровода преобразователя, а следовательно, его сопротивление и чувствительность. Изменяется также чувствительность мостовой измерительной цепи. Изменение сопротивления приводит к аддитивной погрешности и компенсируется мостовой цепью. Изменение чувствительности создаёт мультипликативную погрешность. Для её уменьшения либо стабилизируют напряжение источника питания моста, либо применяют компенсационные схемы измерения.

Изменение частоты питающего напряжения приводит к изменению сопротивления резисторов, включенных в мост, и меняя чувствительность. Малую погрешность имеют мостовые схемы (рис.4), у которых чувствительность в режиме холостого хода не зависит от параметров цепи. У других схем для уменьшения погрешности нужно стабилизировать частоту питающего напряжения.

При перемещении якоря преобразователя изменяется выходное напряжение моста. При среднем положении якоря должно быть Uвых=0. Однако практически имеется небольшое напряжение, что приводит к аддитивной погрешности измерительного моста. Для балансировки мостов переменного тока необходима раздельная регулировка действительной и мнимой составляющих его выходного напряжения. В местах с ИП одна составляющая регулируется перемещением якоря преобразователя, другая- путем регулировки других сопротивлений. Если регулировка сделана недостаточно тщательно, то изменением положения якоря нельзя полностью сбалансировать схему.

Другая причина погрешности моста заключается в том, что в питающем напряжении помимо напряжения с основной частотой имеются составляющии с кратными частотами и с частотой промышленной сети. Реальный мост переменного тока, питающийся таким напряжением, полностью сбалансировать трудно вследствии наличия несбалансированных составляющих с частотами, отличными от основной.

Для уменьшения погрешности, обусловленной остаточным расбалансом моста, используется фазочувствительный выпрямитель. Его средний выходной ток

I=kUcosy,

Перечень ссылок

1. Боровков А.А. Математическая статистика. – М.: Наука, 1984.

2. Бурдун Г.Д. Справочник по международной системе единиц.– М.: Изд-во стандартов, 1980.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Физматгиз, 1962.

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Сов. радио, 1986.

5. Государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы. – М.: Изд-во стандартов, 1978.

6. Гранатуров В.М., Некрасов И.С. Организация, планирование и управление метрологическим обеспечением в отрасли связи. – М.: Радио и связь, 1987.

7. Данилевич С.Б. Построение рациональных методик поверки средств измерений с помощью метода имитационного моделирования. – М.: Метрология, 1980.

8. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений. – М.: Изд-во стандартов, 1973.

9. Карташова А.Н. Достоверность измерений и критерии качества испытаний приборов. – М.: Изд-во стандартов, 1967.

10. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

11. Левин Б.Р. Теория надежности радиотехнических систем. – М.: Сов. радио, 1978.

12. Малышев В.М., Механиков А.И. Гибкие измерительные системы в метрологии. – М.: Изд-во стандартов, 1988.

13. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи. Учеб. пособие для вузов / Б.П.Хромой, А.В.Кандинов, А.Л.Сенявский и др.; Под ред. Б.П.Хромого. – М.: Радио и связь, 1986.

14. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники / Г. П. Богданов, В.А.Кузнецов, М.А.Лотонов и др.; Под ред. В.А.Кузнецова. – М.: Радио и связь, 1990.

15. Метрологическое обеспечение систем передачи: Учеб.пособие для вузов / Б.П.Хромой, В.И.Мудров, В.Л.Кушко. – М.: Сов. радио, 1976.

16. Новицкий А.В. Основы информационной теории измерительных устройств.– Л.: Энергия, 1968.

17. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.– Л.: Энергоатомиздат, 1985.

18. Основополагающие стандарты в области метрологии. – М.: Изд.-во стандартов, 1986.

19. Основы метрологии и электрорадиоизмерения / Б.Н.Лозицкий, В.Г.Воеводин, В.И.Коткин, И.И.Мельниченко; Под ред. Б.Н.Лозицкого. – М.: МО СССР, 1983.

20. Тюрин Н.И. Введение в метрологию. М.: Изд-во стандартов, 1985.

Конспект лекций по дисциплине «Метрология, технологические измерения и приборы» (для студентов направления подготовки 15.03.04 «Автоматизациятехнологических процессов и производств», направленность «Автоматизация технологических процессов и производств в горно-металлургической отрасли» очной и заочной форм обучения). Сост.: Гавриленко Б.В., Неежмаков С.В. - Донецк: ДонНТУ. – 2017. - 210 с.

Составители: Гавриленко Б.В. – доцент,

Неежмаков С.В. – доцент,

Рецензенты: А.С. Оголобченко

В.А. Попов

Отв. за выпуск: К.Н. Маренич, проф., заведующий кафедрой

«Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Метрология, технологические измерения и приборы»

Уровень образования: бакалавриат

ДОНЕЦК 2017

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Метрология, технологические измерения и приборы»

	РАССМОТРЕНО на заседании кафедры «Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова» Протокол № 5 от «19» января 2017 г.

	У Т В Е Р Ж Д Е Н О на заседании учебно-методического Совета ДОННТУ Протокол № 2 от «23» марта 2017 г.

ДОНЕЦК 2017

УДК 681.325

Составители: Гавриленко Б.В. – доцент,

Неежмаков С.В. – доцент,

Рецензенты: А.С. Оголобченко

В.А. Попов

Отв. за выпуск: К.Н. Маренич, проф., заведующий кафедрой

«Горная электротехника и автоматика им. Р.М. Лейбова»

Содержание

1.Основы метрологии и технических измерений. Предмет

и задачи метрологии. 6

2.Роль и значение измерительной техники в развитии горно-металлургической отрасли 12

3.Перспективы использования измерительной техники в угольной промышленности 13

4.Основные понятия и определения метрологии 14

5.Системы единиц измерений 17

6. Виды измерений. Классификация видов измерений 25

7. Методы измерений. Классификация методов измерений 28

8.Понятие средства измерения. Классификация средств измерения 30

8.1 Эталон и мера 32

8.3 Меры и эталоны электрических величин 36

8.4 Измерительные приборы. Классификация измерительных приборов 41

8.5 Измерительные преобразователи. Классификация измерительных преобразователей 42

8.6. Информационно- измерительные системы 44

9. Погрешность измерения. Классификация погрешностей измерения 45

Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения 49

Дата: 2018-11-18, просмотров: 599.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒