- •Значение дисциплины "ПиПии" в подготовке инженеров-метрологов. Цели и задачи дисциплины ПиПии, ее связь с другими дисциплинами
- •Основные параметры измерительных преобразователей и их погрешности: систематические и случайные, аддитивные и мультипликативные. Суммирование погрешностей
- •Схемы формирования сигналов. Схемы формирования сигналов генераторных измерительных преобразователей. Условие согласования измерительных преобразователей по току, напряжению, мощности.
- •Основные характеристики магнитных материалов
- •Физические основы преобразования магнитных величин в электрические. Методы и средства преобразования магнитных величин в электрические сигналы.
- •Магнитные измерительные преобразователи: измерительные катушки, схемы включения в измерительную цепь. Веберметры. Метрологические характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.
- •Магнитные измерительные преобразователи - измерительные преобразователи, основанные на эффекте Холла. Метрологические характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.
- •Магнитные измерительные преобразователи: квантовые магнито-измерительные преобразователи. Метрологические характеристики. Схемы формирования электрических сигналов.
- •Преобразователи магнитной индукции, магнитного потока и напряженности магнитного поля в электрические величины. Преобразователи на основе эффекта Джозефсона. Метрол хар-ки.
- •19.Преобразователи электрических величин в электрические. Шунты, добавочные сопротивления, делители напряжения, аттенюаторы, измерительные трансформаторы тока и напряжения.
- •21. Основные параметры тока и напряжения
- •22 Определение функции преобразования измерительных преобразователей
- •23 Основные типы детекторов
- •24 Классификация и определение измерительных сигналов
- •25 Основные понятия в области цифровых измерительных преобразователей: дискретизация во времени, квантование по уровню, цифровое кодирование. Погрешности дискретизации и квантования сигналов.
- •27. Преобразователи линейных и угловых перемещений в цифровой код. Устройство и принцип действия преобразователей. Схемы включения в электрическую цепь. Коды Грея. Оптоэлектронные пары.
- •Преобразователя частоты в цифровой код
- •29.Измерительные преобразователи отношения частот в цифровой код. Устройство и принцип действия, временные диаграмм. Основные метрологич. Хар-ки и оценка погрешности
- •33. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие времяимпульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.
- •37. Цифроаналоговые измерительные преобразователи. Устройство и принцип действия, основные метрологические характеристики. Передаточная функция. Оценка погрешности преобразования.
- •38. Преобразователи электрических величин в неэлектрические. Принцип работы, устройство и характеристики магнитоэлектрического измерительного преобразователя.
- •39. Преобразователи электрических величин в неэлектрические. Принцип работы, устройство и характеристики электромагнитных ип.
- •40.Преобразоаватели электрических величин в неэлектрические. Принцип работы, устройство и характеристика электродинамических ип.
- •41. Преобразователи электрических величин в неэлектрические Принцип работы, устройство и характеристики электростатических ип.
- •42.Преобразователи электрических величин в неэлектрические. Электрооптические устройства индикации. Индикаторные устройства на основе светоизлучающих и светоотражающих элементов.
- •43.Преобразователи электрических величин в неэлектрические. Электронно-лучевая трубка. Устр и принц дейст, основные характеристики.
- •44. Регистрация измерительной информации. Графическая запись. Устроиство и принцип действия перьевого самописца с подвижной катушкой.
- •45.Регистрация измерительной информации. Самопишущие электромеханические преобразователи.
- •46. Регистрация измерительной информации. Электронная регистрация измерительной информации и её воспроизведение.
- •47 Регистрация измерительной информации. Магнитная запись и воспроизведение аналоговых сигналов. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.
- •49 Регистр-я измер-ой информации. Магнитная запись и воспроизведение цифровых сигналов. Способ записи с групповым кодированием. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.
- •50 Регистр-я измер-ой информации. Магнитная запись и воспроизведение цифровых сигналов. Способ записи по способу с фазовой модуляцией. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.
- •51 Регистрация измерительной информации. Лазерная запись и воспроизведение цифровых сигналов. Устройство и принцип действия измерительных преобразователей.
- •52 Регистрация измерительной информации. Магнитооптические(мо) носители информации и измерительные преобразователи, используемые для записи и воспроизведения сигналов.
- •54. Электрические информационные сигналы. Основные параметры, классификация. Основные источники погрешностей в системе первичной обработки информации.
- •Нормирование измерительной информации. Нормирующие измерительные преобразователи сигналов измерительной информации.
- •56.Нормирование измерительной информации. Нормирующие измерительные преобразователи сигналов измерительной информации.
- •59. Нормирование измерительной информации. Резонансные схемы включения измерительных преобразователей.
- •61. Нормирование измерительной информации. Линии связи измерительных преобразователей и нормирующих измерительных преобразователей.
- •62. Нормирование измерительной информации. Компенсация температурной погрешности измерительных преобразователей, уменьшение влияния помех в измерительных цепях.
- •63. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация функций преобразования. Аналоговые и цифровые методы линеаризации. Технические параметры. Погрешности преобразования.
- •64. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Выбор линейного участка функции преобразования.
- •65. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Дифференциальное включение двух нелинейных преобразователей.
- •66. Преобразование сигналов измерительной информации. Коррекция нелинейности характеристики измерительной схемы с параметрическими пре-образователями.
- •67. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Коррекция погрешности нелинейности обработкой измерительного сигнала.
- •68. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Коррекция результатов преобразования введением поправок.
- •69. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования разбиением ее на участки.
- •70. Преобразование сигналов измерительной информации. Цифровые методы линеаризации.
- •71. Преобразование сигналов измерительной информации. Бесконтактная передача информации. Структурные схемы передающих и приемных устройств.
- •72. Преобразование сигналов измерительной информации. Временное и частотное мультиплексирование сигналов измерительной информации.
- •73. Обработка сигналов измерительной информации. Вычисление ре-зультатов косвенных, совокупных и совместных измерений.
- •74. Обработка сигналов измерительной информации. Сглаживание данных.
- •75. Обработка сигналов измерительной информации. Статистическая обработка результатов измерений с целью повышения точности измерительных операций.
- •76. Обработка сигналов измерительной информации. Вычисление ста-тистических характеристик измеряемых величин.
- •77. Обработка сигналов измерительной информации. Вычисление ста-тистических характеристик случайных процессов.
- •79. Обработка сигналов измерительной информации. Централизованная и децентрализованная обработка информации.
- •80. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Вихретоковые ип. Устройство и принцип действия.
- •81. Вихретоковые ип. Фазовый метод выделения измерительной информации.
- •82. Вихретоковые ип. Амплитудный метод выделения измерительной информации.
- •83. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Электроконтактные преобразователи.
- •84. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Электронный индикатор контакта.
- •85. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Фотоэлектрические преобразователи и приборы на их основе.
- •86. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Преобразователь фотоэлектрический сортировочный.
- •87. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Линейный растровый фотоэлектрич. Преобразователь. Временные диаграммы перемещения с делением шага на 4.
- •88. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Круговой растровый фотоэлектрический преобразователь.
- •89. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Преобразователь линейных перемещений на дифракционных решетках.
- •90. Основные направления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Координатные измерительные машины.
- •91. Основные напрвления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Электронные уровни.
- •92. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ип. Структурная схема чувствительного элемента электронного уровня.
- •94. Измерение электрических и неэлектрических величин с помощью ип. Кругломеры. Схема автоматического центрирования.
- •95. Основные направления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Фотоэлектрические автоколлиматоры. Схема фотоэл. Автоколлиматора.
- •96. Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью измерительных преобразователей. Фотоэлектрические автоколлиматоры. Фотоэлектрический автоколлиматор.
- •97. Основные напрвления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Одночастотный лазерный интерферометр.
- •98. Основные направления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Двухчастотный лазерный интерферометр.
33. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие времяимпульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.
В АЦП, реализующих времяимпульсный метод преобразования, измеряемая величина (в данном случае UХ=) предварительно преобразуется в пропорциональный ей интервал времени путем сравнения со значением известной величины, изменяющейся по определенному закону. Затем полученный интервал времени (также аналоговая величина) непосредственно преобразуется в цифровой код.
П
реобразователи
с аналоговым интегрированием
позволяют определить среднее значение
измеряемого напряжения за определенный
фиксированный интервал времени (интервал
интегрирования). Распространенным
способом аналогового интегрирования
является двухтактное интегрирование,
называемое еще двойным, двукратным,
двухшаговым и поочередным. Упрощенная
структурная схема такого преобразователя
приведена на рисунке 4.13, а временные
диаграммы его работы показаны на рисунке
4.14.
К
ак
видно из рисунка 4.13, тактовый импульс
УУ сбрасывает предыдущее показание
счетчика и через триггер Т1 (триггер
начала и конца счета) запускает ГСчИ, а
через триггер Т2 замыкает ключ Кл1
(старт-импульс на рисунке 4.14,а). В
результате преобразуемое напряжение
UХ= подается на вход интегратора
и начинается разряд интегрирующего
конденсатора от начального (опорного)
уровня U0 с постоянной времени
(рисунок 4.14,б). Процесс продолжается
до момента времени t2, соответствующего
поступлению на счетчик k-го импульса
ГСчИ. Этот импульс (импульс переполнения
на рисунке 4.14,д) возвращает счетчик
в исходное состояние, а через триггеры
Т2 и Т3 размыкает ключ Кл1 и замыкает ключ
Кл2. Временные диаграммы работы Кл1 и
Кл2 показаны на рисунке 4.14,в,г. Работа
интегратора в промежуток времени (t2
- t1), являющийся первым тактом
(шагом) интегрирования, может быть
описана уравнением
.
Начиная
с момента времени t2 ко входу
интегратора подключается источник
постоянного образцового напряжения UЭ
(см. рисунок 4.13) с полярностью, обратной
полярности UХ=. Начинается второй
такт интегрирования, но теперь
интегрируется UЭ. Этот процесс
продолжается до момента времени, когда
UИ = = U0 (t3 на рисунке
4.14,б), и может быть описан уравнением
.
В момент времени t3 срабатывает компаратор К и образуется стоп-импульс, который через T1 останавливает ГСчИ, а через триггер Т3 размыкает ключ Кл2. Напряжение UЭ отключается от интегратора, и счетчик фиксирует количество импульсов
.
Для первого такта интегрирования аналогично можно записать
.
В результате из (4.18 4.21) следует, что
;
т.е. при постоянных UЭ и k (например,
k = 1000) значение преобразуемого напряжения
равно количеству счетных импульсов.
При этом результат измерения, как видно
из (4.22), не зависит от стабильности
параметров интегратора.
Кроме того, при (t2 - t1), равном целому числу периодов UП (помехой чаще всего является напряжение сети или его гармоники), он будет свободен от погрешности за счет UП, так как в этом случае
.
34.Аналого-цифровые преобразователи, реализующие частотно-импульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.
С
труктурная
схема частотно-импульсного преобразователя
В
АЦП, реализующих частотно-импульсный
метод, измеряемая величина предварительно
преобразуется в пропорциональное ей
значение частоты, а затем - в цифровой
код. Т.к. измерение частоты fХ
производится за интервал времени TИ
> TХ,
преобразователи с частотно-импульсным
преобразованием являются интегрирующими.
В частотно-импульсных преобразователях
,
где k — коэффициент
(крутизна) преобразования. Значение fХ
преобразуется в цифровой код за время
TИ:
.
Известно большое число схем ПНЧ (пр-ль напряжение-частота). В зависимости от метода преобразования UХ= → fХ их подразделяют на две группы: с непосредственным пр-нием и с косвенным пр-нием. В ПНЧ первой группы напряжение UХ= непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты fХ, а в ПНЧ второй группы оно влияет на параметр, определяющий частоту выходного сигнала генератора самовозбуждения (гармонического или релаксационного). ПНЧ второй группы имеют невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение в частотно-импульсных преобразователях нашли ПНЧ на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром. Его структурная схема на рис.
При подаче UХ=
на вход интегратора начинается разряд
интегрирующего конденсатора от некоторого
уровня Е. Он продолжается до момента
времени, пока выходное напряжение
интегратора UИ
не станет равно опорному напряжению
U0.
В этот момент времени сработает компаратор
К.В рез-те формируется импульс, который
поступает на выход преобразователя, а
по цепи отрицательной обратной связи
(ООС) восстанавливает на выходе интегратора
UИ
= Е. этот процесс описан уравнением
,
где TХ
- время интегрирования.
После
этого процесс интегрирования повторяется,
т.е. становится циклическим. Таким
образом, на выходе ПНЧ образуется
периодическая последовательность
импульсов, следующих с частотой
и реализуется требуемая функциональная
зависимость .
В
ременные
диаграммы работы преобразователя
напряжение – частота
35. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие кодоимпульсный метод преобразования (способ следящего уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.
В АЦП, реализующих кодоимпульсный метод преобразования, измеряемая величина преобразуется в цифровой код путем последовательного сравнения ее с рядом дискретных значений известной величины, изменяющихся по определенному закону. По принципу своей работы они являются неинтегрирующими.
Уравновешивание в кодоимпульсных преобразователях может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании UХ= сравнивается с компенсирующим напряжением UК, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями UХ=, а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание UХ= и UК.
П
ринцип
действия(следящее уравновешивание):
тактовый импульс УУ сбрасывает на нуль
показание счетчика, полученное во время
предыдущего такта, и открывает селектор.
Импульсы ГСчИ начинают поступать на
счетчик, а также на вход генератора
линейно-ступенчатого напряжения (ГЛСН),
который и вырабатывает компенсирующее
напряжение UК,
возрастающее по линейно-ступенчатому
закону. Длительность ступеньки
определяется периодом следования
импульсов ГСчИ T0,
а высота ступеньки ΔUК
определяет шаг квантования и соответственно
младший разряд счета. Сравнение UХ=
и UК
осуществляется в компараторе К. При
следящем уравновешивании система
отрабатывает не UХ=,
а разность ΔU = UХ=
- UК,
что повышает в ряде случаев точность и
быстродействие преобразователей. Однако
при этом появляется возможность
возникновения автоколебаний в системе.
|
|
Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05 ... 0,1) %.
Аналого-цифровые преобразователи, реализующие ко до-импульсный метод преобразования (способ поразрядного уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.
В
АЦП, реализующих кодоимпульсный метод
преобразования, измеряемая величина
преобразуется в цифровой код путем
последовательного сравнения ее с рядом
дискретных значений известной величины,
изменяющихся по определенному закону.
По принципу своей работы они являются
неинтегрирующими. Уравновешивание в
кодоимпульсных преобразователях может
быть как развертывающим, так и следящим.
При развертывающем уравновешивании
UХ=
сравнивается с компенсирующим напряжением
UК,
изменяющимся по определенной, заранее
установленной и не зависящей от самого
хода процесса уравновешивания программе.
При следящем уравновешивании осуществляется
дискретное слежение за любыми изменениями
UХ=,
а цифровая следящая система обеспечивает
уравнивание UХ=
и UК.
В свою очередь развертывающее
уравновешивание может быть реализовано
в виде двух алгоритмов: равномерное
ступенчатое увеличение (или уменьшение)
UК
до UХ=
= UК
и поразрядное уравновешивание UК
и UХ=.
Принципиальной особенностью преобразователей поразрядного уравновешивания является наличие цифроаналогового преобразователя (ЦАП). С его помощью реализуется ООС путем преобразования кода (например, 8421) в аналоговое напряжение UК, которое затем сравнивается с UХ= в компараторе. Это сравнение всегда начинается со старшего разряда (например, 8 В). Если при этом UК < UХ=, то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульсом подключает очередной разряд ЦАП UК (соответственно 4 В). Если теперь UК > UХ=, то срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое снимает в ЦАП напряжение этого разряда (разряд пропускается). Далее в очередном такте подключается напряжение следующего за пропущенным разряда (2 В) и т. д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов UК в соответствии с алгоритмом развертывающего уравновешивания. Одновременно с переключением разрядов устройство управления УУ формирует двоично-десятичный код.
Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05 ... 0,1) %.
