Набор тем Электрические измерение. 1. Введение. История электроизмерительной науки. Ключевой слов

• Название: 1. Введение. История электроизмерительной науки. Ключевой слов
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 2.29 Mb.
• Имя файла: Набор тем Электрические измерение.doc
• Тип: Документы; #1083322
• страница: 3 из 4

Прогнозирование случайных процессов.

Прогнозирование, в узком значении – специальное  научное исследование конкретных перспектив развития какого либо явления. Различают поисковое  (генетическое, изыскательское, исследовательское) и нормативное прогнозирование. Первое  имеет целью получить предсказание состояния объекта исследования в будущем при наблюдаемых тенденциях, если допустить, что последние не будут изменены посредством решений (планов, проектов и т.п.). Нормативное прогнозирование предпологает предсказание путей достижения желательного состояния объекта на основе заранее заданных критериев, целей, норм.  Важную роль в прогнозировании играет обратная связь между предсказанием и решением, интенсивность её неодинакова для различных объектов исследования. Теоретически она нигде не равна нулю: человек в отдалённой перспективе сможет изменять посредством решений и действий всё более широкий круг объектов предсказания.

Прогнозирование случайных процессов (ПСП) - есть предсказание значения случайного процесса (экстраполирование)  в некоторый будущий момент времени по наблюдённым значениям этого процесса в прошлом и настоящем. Практически во всех представляющих интерес ситуациях предсказываемое значение процесса   в момент   не может быть точно определено по имеющимся данным наблюдений и можно лишь добиваться, чтобы случайная ошибка прогноза   {где  - предсказанное значение  }   в среднем была бы по возможности наименьшей. В теории ПСП оптимальным обычно считается прогноз, для которого минимально математическое ожидание квадрата ошибки  . Такой оптимальный прогноз совпадает с условным математическим ожиданием случайной величины   при условии, что наблюдаемые величины, по которым строится прогноз, принимают фиксированные (известные из наблюдений) значения. Большое место в теории ПСП занимает теория оптимального линейного ПСП, посвящённая методам нахождения линейной функции от данных наблюдений такой, что для неё средний квадрат её отклонения от   меньше, чем для всех других линейных функций.

Общая теория оптимального линейного ПСП для случайных процессов была разработана А. Н. Колмогоровым и Н. Винером. Большое развитие получила также теория оптимального (и линейного, и общего нелинейного) прогнозирования процессов, являющихся компонентами марковских случайных процессов.

Большинство методов прогнозирования длительной работоспособности  изделий электронной техники предполагают наличие исходной информации о поведении большого числа образцов рассматриваемых элементов на отрезке времени испытаний. Но для многих приборов приходится иметь дело с малыми и предельно малыми выборками. 

Обработка результатов ведется с использованием математической статистики [23], напр., интервальное оценивание, которое предполагает наличие математического аппарата вычисления искомых оценок. Если такой аппарат построить нельзя, то единственной возможностью обоснованного проведения прогноза является экспертный подход. На основании опыта эксплуатации и испытаний можно считать установленным допустимость использования теории марковских и полумарковских процессов, как процедуры прогнозирования. Тогда задача прогноза сводится к выбору конкретного типа случайного процесса, в пределах упомянутых классов, и определению параметров описания  избранного процесса.

Контрольные вопросы

1.Объясните о технические диагностики?

2. На чём осуществляется диагностирование?

3. Как отличают алгоритмы проверки с алгорит­мы поиска?

4.Что является средства диагностирования?

5-тема.

Основные тарифы и термины в метрологии.

План:

1. 
   Основные тарифы в метрологии.
   

2. 
   Основные термины в метрологии.
   

Ключевой слов: метрология, средства электрических измерений, электроизмерительные приборы, методы измерений, виды измерений.

В практической жизни человек всюду имеет дело с измерениями. На каждом шагу встречаются измерения таких величин, как длина, объем, вес, время и др.

Измерения являются одним из важнейших путей познания природы человеком. Они дают количественную характеристику окружающего мира, раскрывая человеку действующие в природе закономерности. Все отрасли техники не могли бы существовать без развернутой системы измерений, определяющих как все технологические процессы, контроль и управление ими, так и свойства и качество выпускаемой продукций.

Отраслью науки, изучающей измерения, является метрология. Слово "метрология" образовано из двух греческих слов: метрон-мера и логос - учение. Дословный перевод слова "метрология" - учение о мерах. Долгое время метрология оставалась в основном описательной наукой о различных мерах и соотношениях между ними. С конца 19-го века благодаря прогрессу физических наук метрология получила существенное развитие. Большую роль в становлении современной метрологии как одной из наук физического цикла сыграл Д.И. Менделеев, руководивший отечественной метрологией в период 1892 - 1907 гг.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности [1; 2].

Измерение – нахождение значений физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств.

Средства электрических измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Различают следующие виды средств электрических измерений:

1)меры;

2)электроизмерительные приборы;

3) измерительные преобразователи;

4)электроизмерительные установки;

5)измерительные информационные системы.

Мера – средство измерения, предназначенное для воспроизведения заданного значения физических величин. В зависимости от степени точности и области применения меры подразделяются на эталоны, образцовые и рабочие.

Электроизмерительные приборы – средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Например, амперметры, вольтметры, ваттметры, счётчики электрической энергии и др.

Измерительные преобразователи – средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов электрической информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем, например шунты, делители напряжения, измерительные трансформаторы, а также первичные преобразователи неэлектрических величин в электрические сигналы (термопары, термисторы, тензорезисторы, индукционные и прочие преобразователи).

Электроизмерительные установки – совокупности функционально объединённых средств измерений (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей) и вспомогательных устройств, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенные в одном месте.

Измерительные информационные системы – совокупности средств измерений и вспомогательных устройств, соединяемых каналами связи, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации от ряда источников в форме, удобной для обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Виды измерений зависят от способа получения результата измерения и подразделяются на прямые и косвенные.

Прямыми называются измерения, результат которых получается непосредственно по показаниям приборов. Например, измерение тока – амперметром, напряжения – вольтметром, электроэнергии – счётчиком и др.

Косвенными называются измерения, при которых искомая величина непосредственно не измеряется, а её значение находится на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений. Примером может служить определение мощности в цепях постоянного тока по показаниям амперметра и вольтметра и зависимости P = UI. 

Методы измерений зависят от совокупности приёмов использования преимуществ и средств измерений и подразделяются на метод непосредственной оценки и метод сравнения.

Метод непосредственной оценки заключается в том, что значение измеряемой величины определяется непосредственно по отсчётному устройству измерительного прибора и является простейшим методом.

Метод сравнения состоит в том, что измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой в специальной измерительной цепи. По способу осуществления метод сравнения может быть нулевым, дифференциальным, методом замещения.

При нулевом методе результирующий эффект воздействия обеих величин на измерительный прибор доводят до нуля. Этот метод часто называют компенсационным. При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность измеряемой и известной величины. При методе замещения измеряемую величину замещают (заменяют) однородной с ней известной величиной, воспроизводимой мерой. При этом путём изменения известной величины добиваются такого же показания прибора, которое было при действии измеряемой величины.

Погрешность измерения – отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Точность измерения – качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малой погрешности.

Погрешность измерительного прибора – разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой величины.

Результат измерения – значение величины, найденное путём её измерения.

При однократном измерении показание прибора является результатом измерения, а при многократном – результат измерения находят путём статистической обработки результатов каждого наблюдения. По точности результатов измерения подразделяют на три вида: точные (прецизионные), результат которых должен иметь минимальную погрешность; контрольно-поверочные, погрешность которых не должна превышать некоторого заданного значения; технические, результат которых содержит погрешность, определяемую погрешностью измерительного прибора. Как правило, точные и контрольно-поверочные измерения требуют многократных наблюдений.

Контрольные вопросы

1. 
   Какие виды средств электрических измерений вам известны?
   
2. 
   Что называется прямыми измерениями?
   
3. 
   Что называется косвенными измерениями?
   
4. 
   Какие методы измерений используются и в чем заключается их смысл?
   

6-тема.

Измерения электрическая и магнитная величины.

План:

1.Измерения электрическая величины.

2.Измерения электрическая величины.

Ключевой слов: метрология, средства электрических измерений, электроизмерительные приборы, методы измерений, виды измерений.

Типы сигналов и их параметры.

Тип сигнала в цепи (гармонический, импульсный, сигнал сложной формы) в общем случае определяется путем визуализации зависимости u(t) в течение интервала времени, заведомо превышающего период колебаний. Полученная осциллограмма (от oscillatiographice (лат.) – рисование колебания) позволяет определить тип сигнала. Следует отметить, что идеальные гармонические колебания как в природе, так и в технике встречаются крайне редко.



гармонического сигнала (а); шумоподобного сигнала сложной формы (б); импульсного двуполярного (в);

однополярного импульсно-периодического (г)

Рисунок 8 - Осциллограммы различных сигналов (курсор указывает положение линии нулевого входного напряжения)

Для описания гармонических сигналов используют величину периода колебаний T

T =1/ f ,

где f – частота колебаний, Гц, f = 2π /ω, величину амплитуды U A и начальную фазу U₀ .

Удвоенная величина U A называется размахом колебаний U_m – рисунок 8, а). К импульсным относят сигналы с выраженным во временем изменением величины и/или направления тока. Такие сигналы могут быть как периодическими, так и непериодическими – рисунок 8, в,г. Для периодических сигналов определены период их повторения T и скважность Q (скважность Q находится как отношение периода повторения импульсов к их длительности τ). Величину τ определяют как интервал времени, в течение которого напряжение превышает уровень max

0,5U ,

Напряжение смещения US определяют, как показано на рисунке 8,в и рисунке 8,г.



Рисунок 9 – Параметры импульсного сигнала

Сигналы, которые не могут быть классифицированы как гармонические или импульсные, называют сигналами сложной формы. Единая система параметров для таких сигналов не определена.

Измерение действующего значения тока. Электродинамический стрелочный амперметр.

Прибор обеспечивает измерение действующего значения переменного тока. На рисунке 10 представлены схемы включения электродинамического измерителя для измерения тока до 1000 мА (Рисунок 10,а) и для измерения тока более 1А (Рисунок 10,б). Поскольку вращающий момент при последовательном соединении катушек измерителя пропорционаленквадрату действующего значения тока, шкала такого амперметра нелинейна.



Рисунок 10 – Миллиамперметр (а) и амперметр (б) на основе электродинамического измерителя

Различие схем включения измерителя объясняется тем, что подвижная катушка должна быть легкой и выполняется из провода малого сечения, поэтому и максимальная величина тока, протекающего через нее, как правило, не превышает 1А. Эти измерители могут работать как в цепях постоянного, так и в цепях переменного тока, поскольку разность фаз токов в обеих катушках равна нулю.

Магнитоэлектрические стрелочные амперметры

Появление в середине 20 века полупроводниковых диодов обеспечило массовое применение магнитоэлектрических приборов для измерения действующего значения тока. На рисунке 11 представлены две схемы включения магнитоэлектрического прибора в цепь переменного тока – однополупериодная (а) и двухполупериодная (б).

Источниками погрешностей измерений в приборах со схемами выпрямления является, прежде всего, зависимость вольт-амперных характеристик выпрямительных диодов от температуры.



Рисунок 11 – Схема включения магнитоэлектрического прибора в цепь переменного тока

Клещи токоизмерительные

Принцип действия прибора основан на явлении электромагнитной индукции. Они представляют собой легкоразъемный стальной сердечник в форме клещей – рисунок 12, которым охватывают токоведущий провод 1. Этот сердечник 2 является магнитопроводом, обеспечивающим передачу части магнитного потока, возникающего вокруг провода с протекающим через него током, к измерительной обмотке 3. В целом прибор можно рассматривать как измерительный трансформатор, первичная обмотка которого образована проводом с протекающим переменным током. К выводам измерительной обмотки подключен измеритель действующего значения переменного тока 4, шкала которого проградуирована с учетом величины коэффициента трансформации



Рисунок 12 – Клещи токоизмерительные

Такой прибор позволяет проводить измерение величины тока без разрыва цепи для включения балластного резистора. Недостаток прибора – относительно высокая погрешность измерений, обусловленная нестабильностью магнитного потока в сердечнике из-за изменений характеристик зазора 5 при смыкании клещей, случайного пространственного положения тока с проводом относительно магнитопровода и др.

Измерение действующего значения напряжения.

Электродинамический стрелочный вольтметр

Основой вольтметра является электродинамический измеритель, обмотки которого включены последовательно – рисунок 13.



Рисунок 13 – Электродинамический стрелочный вольтметр

Принцип измерения величины действующего напряжения основан на применении закона Ома.

Магнитоэлектрический стрелочный вольтметр

Основой таких вольтметров является магнитоэлектрический стрелочный измерительный прибор, подключаемый к выходу двухполупериодного выпрямителя – рисунок 14. Поскольку эквивалентное сопротивление выпрямителя уменьшается на 0,1…1,0 % при повышении температуры окружающей среды на 10°С, предпринимаются специальные меры для компенсации этой зависимости с целью сохранения точности измерений прибора в рабочем диапазоне температур. Это явление оказывает наибольшее влияние на результаты измерений малых напряжений, поскольку в этом случае величина добавочного сопротивления, как правило, соизмерима с эквивалентным сопротивлением выпрямителя. Для минимизации температурной зависимости результатов измерений часто используют последовательное соединение сопротивления Rд2 , выполненного из манганина (сплава на основе 85 % меди, 11,5…13,5 % марганца и никеля), характеризующегося малым изменением электрического сопротивления при комнатных температурах, и сопротивления Rд1 , выполненного из меди, удельное сопротивление которой возрастает с увеличением температуры.



Рисунок 14 – Магнитоэлектрический стрелочный вольтметр с термо- и частотной компенсацией

Электростатический вольтметр

Прибор, позволяющий измерить разность потенциалов, характеристики которого с точки зрения отсутствия влияния на измеряемую цепь близки к идеальным – электростатический вольтметр. Этот прибор содержит смонтированные в диэлектрическом корпусе электроды – подвижный и неподвижный. Один электрод подключается к точке A цепи, другой – к точке B (рисунок 15). В результате накопления на одном электроде положительных зарядов, а на другом – отрицательных, взаимодействие между которыми описывается законом Кулона, наблюдается перемещение подвижного электрода до достижения условия равновесия – равенства нулю моментов всех действующих на него сил.



Рисунок 15 – Электростатический стрелочный вольтметр

Положение механически соединенной с подвижным электродом стрелки прибора позволяет определить разность потенциалов U_АВ . Такие приборы имеют невысокую чувствительность и широкого распространения из-за этого не получили, однако они позволяют с высокой точностью измерять напряжение в высоковольтных цепях.