 |
1.2 Характеристики измерительных приборов
|
|
|
|
1. 2 Характеристики измерительных приборов
Основными характеристиками являются:
1. Уравнения преобразования (градуировочная характеристика).
2. Чувствительность.
3. Порог чувствительности.
4. Диапазон измерений.
5. Область рабочих частот.
6. Статический и динамические погрешности.
7. Собственная мощность потребляемая прибором.
8. Быстродействие.
9. Надежность.
Градуировочная характеристика отражает функциональную зависимость между выходным сигналом и входным.
Чувствительность характеризует способность прибора реагировать на изменения входного сигнала, отражает зависимость по выражению:
Порог чувствительности отражает изменения входного сигнала, вызывающего наименьшие изменения выходного сигнала, которые могут быть обнаружены наблюдателем с помощью данного прибора без дополнительных устройств.
Диапазон измерений - это область значений измеряемого сигнала для которой нормированы допускаемые погрешности.
Область рабочих частот - полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, вызванная изменением частоты, не превышает допускаемого предела.
По способу выражения различают абсолютную, относительную, приведенную, основную и дополнительную погрешности самого прибора.
Абсолютная погрешность прибора отражает разность между показаниями прибора и истинным значением измеряемой физической величиной. Эта погрешность взятая с обратным знаком называется поправкой ().
Относительная погрешность () отражает отношение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины и выражается в процентах.
Относительная погрешность обычно существенно изменяется вдоль шкалы прибора. С уменьшением значения измеряемой величины- увеличивается.
|
|
|
Приведенная погрешность ()- отношение абсолютной погрешности прибора к нормированному значению и выражается в процентах.
Дополнительная погрешность прибора - погрешность вызываемая действием отдельных влияющих величин вследствие отклонения их от нормальных.
Класс точности - обобщенная характеристика определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей. Он характеризует свойства приборов в отношении точности измерений, но не является непосредственным показателем точности измерений, выполняемых с помощью этих приборов.
2 АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
2. 1 Общие сведения
В аналоговых электромеханических измерительных приборах непосредственной оценки электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной.
Электромеханические измерительные приборы (ЭИП) применяет для измерения тока, напряжения, мощности, частоты, фазовых сдвигов, сопротивлений и других электрических величин на постоянном и переменном токе преимущественно промышленной частоты 50 Гц. Эти приборы относят к приборам прямого преобразования. Они состоят из электрического преобразователя (измерительной цепи), электромеханического преобразователя (измерительного механизма), отсчетного устройства (рис. 2. 1).
Рисунок 2. 1 – Схема электромеханического аналогового измерительного прибора
Измерительная цепь прибора обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в некоторую промежуточную электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Величина Y непосредственно воздействует на измерительный механизм ИМ.
|
|
|
В зависимости от характера преобразования измерительная цепь может представлять собой совокупность преобразовательных элементов (резисторов, конденсаторов, выпрямителей, термопар и др. ).
Различные измерительные цепи позволяют использовать один и тот же измерительный механизм при измерениях разнородных величин, напряжения, тока, сопротивления, меняющихся в широких пределах.
Измерительный механизм, являясь основной частью конструкции прибора, преобразует электромагнитную энергию в механическую энергию, необходимую для угла отклонения α его подвижной части относительно неподвижной, т. е. .
Подвижная часть измерительного механизма ИМ представляет собой механическую систему с одной степенью свободы относительно оси вращения.
Дифференциальное уравнение моментов, описывающее работу ИМ, имеет вид:
(2. 1)
т. е. момент количества движения равен сумме моментов, действующих на подвижную часть.
В (2. 1) J - момент инерции подвижной части ИМ; α - угол отклонения подвижной части; - угловое ускорение.
На подвижную часть измерительного механизма при ее движении воздействуют:
вращающий момент М, определяемый для всех ЭИП скоростью изменения энергии электромагнитного поля , сосредоточенной в механизме, по углу отклонения α подвижной части. Вращающий момент является некоторой функцией измеряемой величины X, а следовательно, Y (тока, напряжения, произведения токов) и α :
(2. 2)
где п = 1, 2;
противодействующий момент , создаваемый механическимпутем с помощью спиральных пружин, растяжек, подводящих проводов и пропорциональный углу отклонения а подвижной части
(2. 3)
где W — удельный противодействующий момент на единицу угла закручивания пружины (зависит от материала пружины и ее геометрических размеров);
момент успокоения , т. е. момент сил сопротивления движению, всегда направленный навстречу движению и пропорциональный угловой скорости отклонения:
(2. 4)
где Р - коэффициент успокоения (демпфирования).
После подстановки (2. 2) - (2. 4) в (2. 1) получают дифференциальное уравнение отклонения подвижной части механизма:
|
|
|
(2. 5)
или
(2. 6)
Установившееся отклонение подвижной части механизма определяется равенством вращающего и противодействующего моментов, т. е. , что бывает, когда два первых члена левой части, дифференциального уравнения (2. 6) равны нулю. Подстановкой в равенство аналитических выражений моментов получают уравнение шкалы прибора, показывающее зависимость угла отклонения α подвижной части от значения измеряемой величины и параметров измерительного механизма.
В зависимости от способа преобразования электромагнитной энергии, в механическое угловое перемещение подвижной части измерительного механизма приборы делят на магнитоэлектрические, электродинамические, ферродинамические, электромагнитные, электростатические и др.
Отсчетное устройство аналоговых электромеханических приборов чаще всего состоит из указателя, жестко связанного с подвижной частью измерительного механизма, и неподвижной шкалы. Шкала представляет собой совокупность отметок, которые расположены вдоль какой-либо линии и изображают ряд последовательных чисел, соответствующих значениям измеряемой величины. Отметки имеют вид штрихов, черточек, точек и т. п. Указатели бывают стрелочные (механические) и световые.
По начертанию шкалы бывают прямолинейные (горизонтальные или вертикальные), дуговые (при дуге до 180° включительно) и круговые (при дуге более 180°).
По характеру расположения отметок различают шкалы равномерные и неравномерные, односторонние относительно нуля, двусторонние и безнулевые. Шкалы градуируются либо в единицах измеряемой величины (именованная шкала), либо в делениях (неименованная шкала).
Числовое значение измеряемой величины равно произведению числа делений прочитанных по шкале, на цену (постоянную) прибора.
Цена деления - значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы.
Поскольку электромеханические измерительные приборы являются приборами прямого преобразования, чувствительность прибора в целом определяется чувствительностью цепи и чувствительностью измерительного механизма:
|
|
|
(2. 7)
Классы точности аналоговых, электромеханических измерительных приборов следующие: 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5; . 1 0; 1, 5; 2, 5; 4, 0.
Узлы и детали измерительных приборов. Для большинства электромеханических измерительных приборов (ЭИП), несмотря на разнообразие измерительных механизмов, можно выделить общие узлы и детали - устройства для установки подвижной части измерительного механизма, создания противодействующего момента, уравновешивания; успокоители; арретир; корректор и др.
Так как любой измерительный механизм электромеханического прибора состоит из подвижной и неподвижной частей, то для обеспечения свободного перемещения подвижной части последнюю устанавливают на опорах (рисунок 2. 2, а), растяжках (рисунок 2. 2, б), подвесе (рис. 2. 2, в).
|
|
|
