Первичные измерительные преобразователи. Что такое качество Качество
 Скачать 54.55 Kb.
|
|
Введение Измерения очень сильно влияют на решение научно-технических задач. Для каждого человека очень важную роль играет качество продукции. Именно поэтому вопрос о качестве занимает основное место. Что такое качество? Качество - это совокупность признаков, характеристик и свойств, которые должны удовлетворять потребности потребителя. А с помощью измерений человек изучает окружающий мир. Измерения занимают важное место в нашем мире. Они важны в разных отраслях, и в промышленности, и в науке, и в технике. В жизни каждую минуту происходят разные измерительные операции, по их результатам происходит обеспечение качества, которое необходимо для множества разных целей, в медицине, в экологии, в транспорте. Абсолютно в любой отрасли деятельности человека включается использование результатов измерений, контроля, испытаний. Требования к повышению качества и надежности технических устройств непрерывно растут, в связи с этим появляется потребность к улучшению количества и качества измерений. В улучшении точности и скорости измерительных процессов, обязательно должны участвовать новые техники и развивающаяся наука. Для развития измерительной техники используются мощные персональные электронно-вычислительные машины и разработки математического и программного обеспечения. Актуальность заключается в том, чтобы повысить качество продукции, точности и быстродействия процессов, применив нынешние методы улучшения метрологических характеристик. Один из способов улучшения качества измерительных преобразователей -- это использование специальных методов для улучшения их метрологических характеристик, так же для корректировки погрешностей ИП. В последние время, учитывая то, что вычислительная техника развивается все больше начинают использоваться алгоритмические методы корректировки погрешности, которые выполняются при обработке сигнала измерительной информации. Измерительные преобразователи Измерительные преобразователи - это средство, преобразующие физическую величину в измерительный сигнал или другую величину, это очень помогает в последующий преобразованиях, в хранение, передаче и обработке. Классификация измерительных преобразователей происходит по характеру входных и выходных величин, месту измерительной цепи и многими другими свойствами. Учитывая все это преобразования происходят с точностью и создают зависимость между входной и выходной величинами. Есть только один способ что бы построить измерительные устройства-это измерительное преобразование. Виды измерительных преобразователей в измерительной цепи: ь первичные ь передающие ь промежуточные ь выходные Первичный преобразователь (датчик) - это прибор который предназначен для преобразования измеряемых величин из одной в другую для того что бы в дальнейшем было удобно измерять или использовать их. Преобразованная величина может быть использована для любых целей. Передающий преобразователь - нужен для того чтобы передавать измерительную информацию. Величина образуется на его выходе. Данный преобразователь может сразу выполнять роль первичного и передающего. Промежуточный преобразователь -- в измерительной цепи стоит сразу после первичного, занимает последующее место после первичного в измерительной цепи. Осуществляет разные операции преобразования измерительного сигнала: изменение физического рода величины и масштабные (линейные или нелинейные), масштабно-временные, аналого-цифровые, цифро-аналоговые, функциональные преобразования. Выходной преобразователь - в измерительной цепи стоит после всех остальных преобразователей. Отвечает за регистрирующие устройства, которые занимаются значениями измеряемых величин. Характеристики измерительных преобразователей По признакам: 1) По видам входа и выхода сигналов (аналоговый или дискретный); 2) Физическая природа входа и выхода сигналов: Электрический вход--электрический выход; Неэлектрический вход--электрический вход; Электрический вход--неэлектрический выход; Неэлектрический вход--неэлектрический выход. 3) Принцип действия: механические, тепловые, акустические, электрические, магнитные, электромагнитные и др. 4) Облик преобразования энергии: генераторные, параметрические, радиационные. Эти характеристики определяют качество и эффект в совместном использовании измерительных преобразователей. Характеристики: Диапазон измерения - это измеряемое значение величины, измерительным прибором, обозначаются как нижние и верхние измерения, максимальной и минимальной величинами параметров. Чувствительность - это отношение между измеряемыми величинами на выходе и на входе. Отличается абсолютная S и относительная Sо чувствительности, которая описывается формулами: S=Dу/Dх, So=Dу/(Dх/х), Dу-- изменение выходной величины; х -- измеряемая (входная) величина; Dх -- изменение входной величины. Порог чувствительности - действие происходящее на входе измерительного преобразователя, вызывающее наименьший эффект на выходе. По-другому говоря измерение величины, вызывающее минимальное изменение выходных величин. Порог чувствительности и чувствительность это разные понятия. Точность - это самые близкие результаты измерений, к истинному результату измеряемой величины полученные в системе измерений. Общего способа определить точность пока нет. Но существуют погрешности для измерения точности. А пока что есть суждение погрешности для оценки точности в количестве. Тут имеется в виду несоответствие показаний приборов (номинальные значения мер) от истинных значений измеряемой величины (истинных значений). Это является важнейшей характеристикой СИ. Динамические характеристики - это характеристика инерционности средства измерений, бывают полные и частные: Полные - это величины, достаточно сложные и не являются наглядными, позволяющие оценить погрешности, вызванные иррациональностью средств измерений. Это дифференциальное уравнение связывающее выходную и выходную величины. Частные - это параметры полной динамической характеристики тут используются разные факторы: - полоса частот измеряемой величины (в пределах которой динамическая погрешность не превышается; - время установления выходной величины. Надежность средств измерений - это важная характеристика средств измерений. Известно, из-за влияния скрытых дефектов в качестве измерительной техники, и определяется как вероятность возникновения ошибки в пределах допустимого диапазона. В зависимости от условий эксплуатации приборов и их применения для измерения, устанавливается допустимый уровень метрологического защиты. Оценка надежности происходит различных количественных характеристиках, среди которых можно выделить вероятность безотказной работы, частоту отказов, время безотказной работы, время между отказами и др. При всем при этом отказ это событие, после которого характеристики СИ выходят за пределы, которые вообще могут быть допустимы. Номинальная статическая характеристика преобразования. - это зависимость между значениями величин на выходе и входе. Проедставляется в виде: таблицы, графика или формулы. Называние - градуировочная характеристика средств измерений. Использование номинальной характеристики сопровождается погрешностями, появившимися из-за разницы номинальной характеристикики от индивидуально-градуировочной характеристикики. Индивидуальная градуировочная характеристика она описывает свойства конкретного экземпляра ИП. Когда происходит серийный выпуск зависимость между величинами описывается номинальной функцией или номинальной статистической характеристикойкой преобразования. Градуировочная характеристика ИП это зависимость между входной (Dх) и выходной (Dу) величинами (рис. 1) Рис. 1 Коэффициент преобразования - это отношение изменения сигнала на выходе ИП к его изменению на входе Диапазон преобразования - это область где измеряется величина допускаемой погрешности преобразователя (т.е. абсолютная и относительная). Преобразователи разделяются по направлению: механических, тепловых, химических, магнитных, биологических и др. физических величин. Принцип действия делится на: генераторные, параметрические. Классификация с принципом действия: - Генераторные (параметрические) - Эктромагнитные - Тахогенереторы (магнитоупргие, индуктивные) - Тепловые - Термопары (терморезисторы) - Оптические - Фотоэлемент (фотодиод, фоторезистор и т.п.) Например: Рассмотрим тахогенераторы, они используются для того чтобы измерить скорость вращения объектов Используют их в: устройствах электроприводов, транспортных средствах, станкостроениe и др. У тахогенераторов бывают подвижные и неподвижные катушки. Всеобщее устройство на рис. 2. Рис. 2 Выходное напряжение тахогенераторов устанавливается как , Где: К- статический коэффициент тахогенератора. Напряжение на выходе подлежит корректировке, учитывая снижение напряжения. ; Где: Uщ- напряжение падения, Rя- сопротивление цепи, Rц- сопротивление ИЦ. График реальной и идеальной функции (рис.3) . Рис. 3 На тахогенераторах анализируя переменный ток, выходная ЭДC будет такой: ; Где: Ф- осн. поток, p- число полюсов (пар), n- частота (вращения машины). Погрешность получается 0.2….0.5% Еще пример: Рассмотрим оптические преобразователи Они построены на использовании фотоэффекта. Фотоэффекты делятся на 2 типа: внутренний и внешний. Внутренний фотоэффект - это процесс, происходящий внутри кристаллической решётки твердого тела при воздействии светового потока. Там меняется энергетическое состояние носителей зарядов, оно ведет к их концентрации и происходит перераспределение внутри кристалла. Этот тип свойствен для полупроводников и диэлектриков. Внешний фотоэффект - это где электроны находятся в эмиссии под влиянием светового потока. Погрешность - это отклонение между измеряемым значением величины от истинного значения. Мера точности измерения. Выявление погрешности · Метод Корнфельда, это выбор доверительного интервала в границах от меньшего до большего результата измерения, и погрешности - половина разности между наибольшем и наименьшем результатом измерений: · Средняя квадратическая погрешность определяется по формуле: · Средняя квадратическая погрешность для среднего арифметического: Что бы определить погрешность измерительного преобразователя нужно знать функцию преобразования или градуировочную характеристику. Y = f (X). Все измерения обозначаются в ед. величины на выходе. И тут у погрешности присутствует различие на входе и выходе. Номинальная функция - приписана измерительному устройству и прописана в паспорте, применяют при выполнении измерений. Реальная функция - обладает конкретным экземпляром измерительного устройства. Абсолютная погрешность по выходу (Dу) - это разность величин, входной (Yп) и выходной (Yп) которая определяется при помощи градуировочной характеристики, приписанной данному ИП. Абсолютная погрешность по входу (Dх) - разность между значением величины на входе (Xп), которое устанавливается по действительному знач. на входе (Yп) с помощью градуировочной характеристики. Xп = j(Yп), Где: j - обратное преобразование Yп - фактическое значение сигнала на выходе; Xп устанавливается по значению Yп сигнала на выходе с помощью функции преобразования Еще Yп - значение выходного сигнала, которое вырабатывается преобразователем, лишенным погрешности. Относительная погрешность входа (dх) - это отношение между абсолютной погрешностью входа к истинному значению величины входа. Относительная погрешность выхода (dу) - это отношение между абсолютной погрешностью выхода к значению величины выхода, которое определяется значением величины входа градуировочной характеристикой. Приведенная погрешность по входу (выходу) - это отношение между абсолютной погрешностью к нормирующему значению входа XN (выходного YN) сигнала. Основные характеристики, определяющие качество измерительных преобразователей В первую очередь самые важные аспекты для выбора измерительных преобразователей: Погрешность - это мера точности измерения. Разница между измеряемым значением и истинным значением. Результат измерений у измерительного преобразователя представляется в единицах выходной величины. Диапазон измерения - это диапазон значений измеряемой величины, измеряемый данным прибором; он описывается верхним и нижним пределами измерений, самой маленькой и большой величиной, которая соответствует измерению имеющимся измерительным преобразователем. Стоимость - это значимый аспект, который учитывается для выбора измерительного преобразователя. От стоимости зависит какая будет погрешность. Срок службы - не менее значимый фактор, чтобы знать на сколько долго будет служить датчик. Стоимость обслуживания - так же значимый аспект из важных характеристик при выборе измерительного преобразователя. Все эти важные факторы будут очень важны покупателю при выборе и покупке датчика. Разработка критериев качества Центральной составляющей является метрологическое обеспечение систем качества. Схема изображена на рис. 4. Рис. 4. Метрологическое обеспечение систем качества На (рис. 1) представлены основные составляющие метрологическое обеспечения систем менеджмента качества. В ходе контроля на каждой позиции измерения, осуществляется измерение одного или нескольких параметров, которые могут совершаться не одним типом ИП, а рядом альтернативных. Одно из важных характеристик метрологического обеспечения - это выбор ИП, которое гарантирует максимум точности измерений при минимуме затрат в процессе производства. Рабочие ИП являются основным объектом исследований, поскольку использование конкретных измерительных позициях на производственном участке применяется выбор их типов. Для измерений можно выбрать разные ИП, на любой из измерительных позиций, которые потом будут обладать такими различными параметрами (метрологические, технические и эксплуатационные) и должны удовлетворять требования заказчика. Этап первый. Исследования - это составление шкалы приоритетов параметров ИП. С помощью использования статистических методов можно провести исследование. Существует очень много баз данных по ИП, но все же порядок и форма и методы предоставления параметров в разных базах данных различаются. Для решения задач надо трансформировать последовательность представления параметром ИП в определенную форму, в порядке убывания их значимости. Этот порядок называется шкалой приоритетов параметров ИП. Исследование, которое проведено заключается в статистическом анализе ряда паспортов ИП одинаковой физической величины (давление), которые берутся с сайтов изготовителей, их каталогов и других справочных источников, для построения шкалы приоритетов параметров ИП.Полученные из источников данные записаны в таблицу (табл. 1). Таблица 1 Выборка из источников заводов - изготовителей
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||