6.Пределы измерений, динамический диапазон.

Пределы измерения определяются интервалом ( ) , внутри которого с помощью данной системы можно измерить нужную величину с требуемой точностью. Динамический диапазон ИС равен отношению . Величина обычно определяется предельным значением допустимой нелинейности, которая проявляется при больших входных сигналах. Величина , как правило, определяется ошибками из-за смещения нуля и шумом—это наименьшее значение х, для которого может быть обеспечена заданная точность.

Пример: Нужно с погрешностью измерить ток с помощью стрелочного прибора, приведенная погрешность которого . Динамический диапазон в этом случае равен лишь 3.

Пример: С помощью измерительного усилителя нужно измерить напряжение с погрешностью 1%.. Смещении нуля, отнесенное ко оду усилителя, меньше 10мкВ. Из-за нелинейности входное напряжение не должно превосходить 10В, чтобы погрешность не превышала 1%. В этом примере динамический диапазон равен .

7.Отклик измерительной системы.

Реакция ИС на приложенное ко входу воздействие называется откликом системы. Отклик ИС должен давать верное представление о воздействии. Когда значения измеряемых физических величин меняются со временем (то есть в случае, когда измеряют динамические величины), важно точно знать, как ИС будет отслеживать эти изменения: поведение системы в динамике должно обеспечивать верное воспроизведение измеряемой величины.

Динамические свойства линейной ИС целиком определяются ее откликом на единичный скачок на входе (ее переходной характеристикой). Зная переходную характеристику можно найти время установления или время считывания ИС. (Рис. 7.1)

Рис.7.1

Лекция .. Измерительные приборы.

Тема 1. Аналоговые измерительные приборы (аип).

1.1. Электромеханические приборы.

1). Общие сведения.

В аналоговых электромеханических приборах электромагнитная энергия, подведенная к прибору непосредственно из измеряемой цепи, преобразуется в механическую энергию углового перемещения подвижной части относительно неподвижной. Электромеханические приборы (ЭМП) применяют для измерения тока, напряжения, мощности, сопротивления и других физических величин.

Структурная схема ЭМП включает в себя три основных функциональных устройства: измерительную цепь, измерительный механизм и отсчетное устройство.

Измерительная цепь (ИЦ).

Она обеспечивает преобразование электрической измеряемой величины X в электрическую величину Y (ток или напряжение), функционально связанную с измеряемой величиной X. Различные измерительный цепи позволяют использовать один и тот же ИМ при измерении различных величин: напряжения, тока, сопротивления, температуры и др. Эта цепь не содержит активных элементов (транзисторов), поэтому ЭМП относятся к группе электрических приборов. Если в измерительной цепи будет включен активный элемент, то такие приборы уже необходимо отнести к группе электронных приборов.

Измерительный механизм (ИМ).

Это основной функциональный узел ЭМП. Практически все аналоговые приборы (электромеханические, электронные) содержат ИМ. ИМ преобразует электромагнитную энергию (энергию измерительного сигнала) в механическую энергию перемещения подвижной части. У большинства ИМ перемещение подвижной части состоит в повороте относительно неподвижной оси на угол , пропорциональный измеряемой величине:

Если подвижная часть может только поворачиваться вокруг оси, то механические силы создают момент М, действующий на подвижную часть. Этот момент называется вращающим.

Вращающий момент М является некоторой функцией измеряемой величины Х и угла поворота подвижной части (стрелки) , т.е.

В ИМ механическая работа, совершаемая при повороте подвижной части на угол , равна . Механическая работа сил поля равна изменению энергии электромагнитного поля , т.е.

,

Откуда

,

Где - энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в измерительном механизме.

При наличии только вращающего момента подвижная часть ИМ отклонится на предельный угол при любом его значении, превышающим силы трения в опорах вращающегося механизма. Для создания прибора, угол отклонения стрелки которого должен быть пропорциональным измеряемой величине, необходимо включить устройство, создающее противодействующий момент , пропорциональный углу поворота подвижного механизма, т.е.

,

Где - удельный противодействующий момент, зависящий от свойств упругости элемента.

Этот момент создается механическим путем с помощью спиральных пружин или растяжек.

В этом случае подвижная часть механизма будет поворачиваться до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом:

.

Таким образом, уравнение преобразования электромеханических приборов в общем виде может быть представлено выражением:

.

Отсчетное устройство состоит из указателя (стрелки) и шкалы. Оно преобразует угловое перемещение подвижной части в перемещение указателя , которое выражается в делениях или миллиметрах шкалы.

В зависимости от физических явлений, положенных в основу создания вращающего момента, или, другими словами, от способа преобразования электромагнитной энергии, подводимой к прибору, в в механическую энергию перемещения подвижной части электромеханические приборы делятся на следующие основные системы: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, индукционные.

Пример.