гидромеханика. 1 Динамические характеристики средств измерения. Динамические характеристики
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
71)Метрологические характеристики средств измерений. Характеристики свойств средств измерений, оказывающих влияние на результаты измерений и их точность называются метрологическими. Их можно разбить на группы: 1) Характеристики, предназначенные для определения показаний средств измерений. К ним относятся: а) функция преобразования измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, градуированной в единицах, отличных от единиц входной величины б) значения однозначной или многозначной меры; в) цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры; г) вид выходного кода, число разрядов кода. 2) Характеристики качества показаний- точности и правильности. Точность показания определяется его средним квадратическим отклонением. Правильность обеспечивается внесением поправки, устанавливаемой при метрологической аттестации средства измерения. 3) Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам. К ним относятся функции влияния и учет изменений метрологических характеристик свойств измерений, вызванных изменениями влияющих величин в установленных пределах. 4) Динамические характеристики средств измерений, учитывающие их инерционные свойства. 5) Характеристики взаимодействия с объектами или устройствами на входе и выходе средств измерений. 72) Аналоговые электромеханические приборы для измерения силы тока и напряжения. Электростатические измерительные механизмы. Принцип работы электростатических измерительных механизмов основан на взаимодействии электрически заряженных электродов, разделенных диэлектриком. Конструктивно электростатические приборы представляют собой разновидность плоского конденсатора, так как в результате перемещения подвижной части изменяется емкость системы. Шкала прибора квадратичная. Изменение полярности напряжения не изменяет направления вращения. Прибор реагирует на среднее значение за период. Достоинства электростатического механизма – высокое входное сопротивление, малая, но переменная емкость, малая мощность потребления, возможность использования как в цепях постоянного тока так и в цепях переменного тока, широкий частотный диапазон, независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения. Показания прибора соответствуют среднеквадратическому значению измеряемого напряжения. К недостаткам относят квадратичную шкалу, малую чувствительность из-за слабого собственного электрического поля, невысокую точность, возможность пробоя между электродами, необходимость экрана. Применяют для измерения в цепях с маломощными источниками и при лабораторных испытаниях в цепях высокого напряжения. 73)Обработка результатов серий измерений: понятие однородности. 2. Измерения с многократными наблюдениями. Обработку результатов в этом случае рекомендуется начать с проверки на отсутствие промахов (грубых погрешностей). Промах — это результат x п отдельного наблюдения, входящего в ряд из n наблюдений, который для данных условий измерений резко отличается от остальных результатов этого ряда. Если оператор в ходе измерения обнаруживает такой результат и достоверно находит его причину, он вправе его отбросить и провести (при необходимости) дополнительное наблюдение взамен отброшенного. При обработке уже имеющихся результатов наблюдений произвольно отбрасывать отдельные результаты нельзя, так как это может привести к фиктивному повышению точности результата измерения. Поэтому применяют следующую процедуру. Вычисляют среднее арифметическое x результатов наблюдений х i по формуле n 1 i i n / x x . (3.9) Затем вычисляют оценку СКО результата наблюдения как n 1 i 2 i 1 n / x x x S Находят отклонение v п предполагаемого промаха x п от x : v п = x п - x По числу всех наблюдений n (включая x п ) и принятому для измерения значению Р (обычно 0,95) по [4] или любому справочнику по теории вероятностей находят z(P,n) — нормированное выборочное отклонение нормального распределения. Если V п < z S(x), то наблюдение x п не является промахом; если V п z S(x), то x п — промах, подлежащий исключению. После исключения x п повторяют процедуру определения x и S(x) для оставшегося ряда результатов наблюдений и проверки на промах наибольшего из оставшегося ряда отклонений от нового значениям (вычисленного исходя из n - 1). За результат измерения принимают среднее арифметическое x [см. формулу (3.9)] результатов наблюдений х i . Погрешность x содержит случайную и систематическую составляющие. Случайную составляющую, характеризуемую СКО результата измерения, оценивают по формуле n 1 i 2 i 1 n n / x x n / x S x S В предположении принадлежности результатов наблюдений х i к нормальному распределению находят доверительные границы случайной погрешности результата измерения при доверительной вероятности Р по формуле (P) = t(P,n) S( x ) , (3.11) где t - коэффициент Стьюдента. Доверительные границы (Р) НСП результата измерения с многократными наблюдениями определяют точно так же, как и при измерении с однократным наблюдением — по формулам (3.3) или (3.4). Суммирование систематической и случайной составляющих погрешности результата измерения при вычислении (Р) рекомендуется осуществлять с использованием критериев и формул (3.6 – 3.8), в которых при этом S(x) заменяется на S( x ) = S(x)/ n 74)Однократное измерение. Использование информации о классе точности средства измерений. Однократное измерение - измерение, выполненное один раз. Класс точности – это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность осуществляемых с их помощью измерений. Классы точности регламентируются стандартами на отдельные виды средств измерения с использованием метрологических характеристик и способов их нормирования, изложенных в предыдущих главах. Стандарт не распространяется на средства измерений, для которых предусматриваются раздельные нормы на систематическую и случайные составляющие, а также на средства измеререний, для которых нормированы номинальные функции влияния, а измерения проводятся без введения поправок на влияющие величины. Классы точности не устанавливаются и на средства измерений, для которых существенное значение имеет динамическая погрешность. Для остальных средств измерений обозначение классов точности вводится в зависимости от способов задания пределов допускаемой основной погрешности. 75)Классификация измерений. Измерение — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). По видам измерений Прямое измерение — измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно. Косвенное измерение — определение искомого значения физической величины на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной. Совместные измерения — проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноимённых величин для определения зависимости между ними. Совокупные измерения — проводимые одновременно измерения нескольких одноимённых величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях. По методам измерений Метод непосредственной оценки — метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений. Метод сравнения с мерой — метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой. o Нулевой метод измерений — метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля. o Метод измерений замещением — метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. o Метод измерений дополнением — метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению. o Дифференциальный метод измерений — метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами. По условиям, определяющим точность результата Метрологические измерения o Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. В этот класс включены все высокоточные измерения и в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин. Сюда относятся также измерения физических констант, прежде всего универсальных, например измерение абсолютного значения ускорения свободного падения. [1] o Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторого заданного значения. В этот класс включены измерения, выполняемые лабораториями государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов, а также состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями. Эти измерения гарантируют погрешность результата с определенной вероятностью, не превышающей некоторого, заранее заданного значения. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. Примерами технических измерений являются измерения, выполняемые в процессе производства на промышленных предприятиях, в сфере услуг и др По отношению к изменению измеряемой величины Статические и динамические. По результатам измерений Абсолютное измерение — измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и (или) использовании значений физических констант. Относительное измерение — измерение отношения величины к одноимённой величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноимённой величине, принимаемой за исходную. 76)Факторы влияющие на результат измерения: метод измерений Измерение - получение информации о размере физической или нефизической величины. При измерениях приходится иметь дело с различными физическими величинами: дискретными и непрерывными, случайными и неслучайными, постоянными и переменными, зависимыми и независимыми. Метод измерения (по ГОСТу 16263-70) - это совокупность приёмов использования принципов и средств измерений, при которых происходит процесс измерения. 1) По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения методы измерений подразделяются 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. 2) По способу получения результатов измерений (виду уравнения измерений) методы измерений разделяютна прямые, косвенные, совокупные и совместные. При прямом измерении искомое значение величины находят непос-редственно из опытных данных, например, измерение угла угломером или измерение диаметра штангенциркулем. При косвенном измерении искомое значение величины определяют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, например, определение среднего диаметра резьбы с помощью трёх проволочек или угла с помощью синусной линейки. Совместными называют измерения, производимые одновременно (прямые или косвенные) двух или нескольких неодноимённых величин. Целью совместных измерений является нахождение функциональной зависимости между величинами, например, зависимости длины тела от температуры, зависимости электрического сопротивления проводника от давления и т.п. Совокупные - это такие измерения, в которых значения измеряемых величин находят по данным повторных измерений одной или нескольких одноименных величин при различных сочетаниях мер или этих величин. Результаты совокупных измерений находят путём решения системы уравнений, составляемых по результатам нескольких прямых измерений. 3) По условиям, определяющим точность результата измерения, методы делятся на три класса. Измерения максимально возможной точности, достижимой при существующем уровне техники. К ним относятся в первую очередь эталонные измерения, связанные с максимально возможной точностью воспроизведения установленных единиц физических величин, и, кроме того, измерения физических констант, прежде всего универсальных (например, абсолютного значения ускорения свободного падения и др.).К этому же классу относятся и некоторые специальные измерения, требующие высокой точности. Контрольно-поверочные измерения, погрешность которых с определенной вероятностью не должна превышать некоторое заданное значение. К ним относятся измерения, выполняемые лабораториями государствен-ного надзора за внедрением и соблюдением стандартов и состоянием измерительной техники и заводскими измерительными лабораториями с погрешностью заранее заданного значения. Технические измерения, в которых погрешность результата определяется характеристиками средств измерений. 77) Частные динамические характеристики средств измерений. Динамические характеристики – это характеристика, отражающая инерционные свойства средств измерения при воздействии на них изменяющихся во времени величин. Частные. К ним относятся отдельные параметры полных характеристик, или характеристики, не отражающие полностью инерционных свойств средств измерения, но необходимые для выполнения измерений с заданной точностью (например, время установления сигнала). 78) Первичные преобразователи. Терморезистивные и термоэлектрические преобразователи. Первичные приборы, датчики или первичные преобразователи предназначены для непосредственного преобразования измеряемой величины в другую величину, удобную для измерения или использования. Выходными сигналами первичных приборов, датчиков являются как правило унифицированные стандартизованные сигналы, в противном случае используются нормирующие преобразователи (см. рис.1). Различают генераторные, параметрические и механические преобразователи: 1. Генераторные осуществляют преобразование различных видов энергии в электрическую, то есть они генерируют электрическую энергию (термоэлектрические, пьезоэлектрические, электрикинетические, гальванические и др. датчики). 2. К параметрическим относятся реостатные, тензодатчики, термосопротивления и т.п. Данным приборам для работы необходим источник энергии. 3. Выходным сигналом механических первичных преобразователей (мембранных, манометров, дифманометров, ротаметров и др.) является усилие, развиваемое чувствительным элементом под действием измеряемой величины. Электрические термометры сопротивления применяются в авиации для измерения температуры масла и воздуха внутри и снаружи кабин. Принцип действия термометра сопротивления основан на изменении электрического сопротивления металлов или полупроводников в зависимости от температуры. Принципиальная схема термометра сопротивления показана на рис.4. Прибор состоит из приемника 1 с теплочувствительным элементом, воспринимающий измеряемую температуру, и указателя 2, расположенного на приборной доске и соединенного с приемником электропроводкой. Выбор материала для термочувствительного элемента обусловливается удобством изготовления, надежностью, чувствительностью, однозначной зависимостью R(q) и отсутствием воздействия среды на чувствительный элемент. Этим требованиям удовлетворяют металлы – медь, никель, железо и платина и полупроводниковые – хлориды и карбиды; окислы урана, никеля, марганца, бор, кремний, германий, теллур и др. Измерение температуры в электрическом термометре сопротивления сводится к измерению электрического сопротивления, которое может быть осуществлено с помощью гальванометра, логометра или компенсационным методом. Преобразователи термоэлектрические для измерения температур в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары. 79) Обработка результатов косвенных измерений. Косвенное измерение – измерение, при котором значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой. Пусть требуется оценить значение величины Y, связанной с измеренными величинами X 1 … X i … X k некоторой функциональной зависимостью , где Х 1 , Х i , Х k – переменные, являющиеся источником погрешностей при измерениях. Если функция нелинейна используют метод линеаризации. По которому СКО результата измерений вычисляют по формуле 80)Обработка результатов однократных измерений. Обработка экспериментальных данных зависит от вида используемой априорной информации. Если это информация о классе точности, то пределы, в которых находится значение измеряемой величины без учета поправки, определяются следующим образом: Q j = X - A X ; Q 2 = X + A X , где АХ - предел допускаемой абсолютной погрешности средства измерения при его показании X. Значение Доопределяется в зависимости от класса точности и способа его задания по ГОСТ 8.401-80. Если в качестве априорной используется информация о законе распределения вероятности, то пределы определяются через доверительный интервал: Q j = X - E ; Q 2 = Х + Е . Значение Е определяется в зависимости от вида закона распределения вероятности результата измерения. Для нормального закона Е = t-S x , где / для заданной доверительной вероятности Р выбирается из таблиц интегральной функции нормированного нормального распределения Ф(г) (например, табл. 1.1.2.6.2 [2], при этом следует учитывать, что Р = 2Ф(()). Таблица распределения также приведена в приложении Б. Для равномерного закона распределения вероятности результата измерения значение Е (аналог доверительного интервала) можно определить из выражения Е = a-S X) где а = 7з . При представлении результата измерения необходимо внести поправки и уточнить пределы, в которых находится значение измеряемой величины. При вычислении следует руководствоваться правилами округле-ния, согласно которым значения среднеквадратических отклонений указываются в окончательном ответе двумя значащими цифрами, если первая из них равна 1 или 2, и одной, если первая равна 3 или более. Все предварительные расчеты выполняются не менее чем с одним или двумя лишними знаками. |