circuito oscillatore
Riso. 3 Schema dell'oscillatore
Riso. Oscillatore a 4 corde AG-4 con alimentazione autonoma
L'uscita della stringa è isolata elettricamente dal corpo del sensore ed è collegata all'ingresso dell'auto-oscillatore (AG-4) (mostrato in Fig. 4)
La seconda uscita della stringa è collegata al corpo del sensore ed è collegata con l'ausilio di un cavo all'ingresso 4 dell'autooscillatore.
(Tutto quanto sopra riferito al classico UIP 8: con un autooscillatore, un frequenzimetro.
L'MSI consente di rimuovere l'auto-oscillatore e di effettuare misurazioni utilizzando oscillazioni smorzate.)
L'oscillatore converte la variazione della frequenza di oscillazione del sistema meccanico in una variazione della frequenza della tensione di uscita elettrica.
L'oscillatore a corda utilizza un amplificatore operazionale. Il ruolo dell'elemento di impostazione della frequenza è svolto da una corda, che è un sistema oscillatorio meccanico di alta qualità con parametri distribuiti linearmente.
I resistori R1 e R2 impostano la modalità operativa dell'amplificatore operazionale (op-amp) per la corrente continua.
Il ritorno negativo attraverso R1 e R2 e il condensatore C1 impostano i guadagni dell'amplificatore operazionale.
Il resistore R5, collegato ai punti 1 e 2 e posto nella custodia dell'UIP-8, regola la profondità del feedback positivo che determina l'ampiezza delle vibrazioni della corda e la forma del segnale di uscita.
Il condensatore C2 viene utilizzato per isolare l'uscita dell'oscillatore e il sovraccarico CC.
L'ingresso 2 dell'oscillatore è collegato alla stringa e l'ingresso 4 è collegato all'UIP-8
Algoritmi per il monitoraggio e la garanzia della qualità delle misure. Componenti dell'errore di misura
Errore degli strumenti di misura e dei risultati della misurazione.
L'errore di misura deve essere suddiviso in:
Errore degli strumenti di misura
Incertezza di misura
Errore degli strumenti di misura- scostamento delle proprietà metrologiche o dei parametri degli strumenti di misura da quelli nominali, che incidono sull'errore dei risultati di misura, creando i cosiddetti errori di misura strumentale.
Errore di misurazione- deviazione del risultato della misurazione x misura dall'effettivo, quelli vero valore valore misurato x 0 ed è determinato dalla formula:
Δx \u003d x mis - x 0
Gli errori degli strumenti di misura possono essere suddivisi in:
strumentale
metodico
Errore metodologico a causa dell'imperfezione del metodo di misurazione o delle semplificazioni apportate durante la misurazione (ad esempio, deriva dall'uso di formule approssimative per il calcolo del risultato o da una tecnica di misurazione errata).
La scelta di una metodologia errata è possibile a causa dell'incoerenza (cioè inadeguatezza) del misurato quantità fisica e i suoi modelli.
Le ragioni dell'errore metodologico possono essere. come non contabilizzato per l'influenza reciproca dell'oggetto di misurazione e degli strumenti di misurazione o per l'insufficiente accuratezza di tale contabilità.
(Come esempio - errore metodologico si verifica quando si misura la caduta di tensione nelle sezioni del circuito utilizzando un voltmetro, tk. a causa dell'azione del voltmetro, la tensione misurata diminuisce).
Il meccanismo di influenza reciproca può essere. studiato e gli errori sono calcolati e presi in considerazione.
Errore strumentale a causa dell'imperfezione degli strumenti di misura utilizzati.
Le ragioni del suo verificarsi sono imprecisioni nella fabbricazione e regolazione dei dispositivi, cambiamenti nei parametri di elementi strutturali e circuiti dovuti all'invecchiamento.
Nei dispositivi altamente sensibili, il proprio rumore interno può essere fortemente manifestato.
Errori statici e dinamici.
Errore statico- errore dei risultati della misurazione, inerente alle condizioni di misurazione statica (ovvero, quando si misurano valori costanti dopo il completamento di processi transitori negli elementi di dispositivi e trasduttori).
Errore di misurazione dinamica– errore dei risultati di misurazione inerente ai risultati della misurazione dinamica.
L'errore dinamico appare durante la misurazione delle variabili ed è dovuto alle proprietà inerziali degli strumenti di misura.
Gli errori statici e dinamici si riferiscono agli errori del risultato della misurazione.
Nella maggior parte dei dispositivi, gli errori statici e dinamici risultano essere interconnessi, perché il rapporto tra questi tipi di errori dipende dalle caratteristiche del dispositivo e dal tempo caratteristico di misura della grandezza.
Errori casuali sistematici
Errore sistematico di misurazione- componente dell'errore di misura, che rimane costante o cambia regolarmente durante misurazioni ripetute della stessa grandezza fisica.
Errori sistematici sono funzione della grandezza misurata, delle grandezze d'influenza e del tempo. I valori possono essere: temperatura, umidità, tensione.
Tutti gli errori sistematici sono inclusi nella verifica e certificazione di strumenti esemplari.
Casuale sono le componenti dell'errore di misura che cambiano casualmente con misurazioni ripetute della stessa grandezza.
Gli errori casuali sono determinati dall'azione combinata di una serie di motivi:
Rumore interno degli elementi del circuito elettronico
Pickup sui circuiti di ingresso degli strumenti di misura
Ondulazione della tensione di alimentazione CC
Risoluzione del conto
Adeguatezza ed errori di calibrazione
Errore di calibrazione degli strumenti di misura- l'errore del valore effettivo del valore assegnato all'uno o all'altro segno di scala dello strumento di misura a seguito della graduazione.
Errore di adeguatezza del modelloè l'errore nella scelta della dipendenza funzionale.
Un tipico esempio è la costruzione di una dipendenza lineare da dati che sono meglio descritti da una serie di potenze con termini piccoli non lineari.
L'errore di adeguatezza si riferisce alle misurazioni per la convalida del modello.
Se la dipendenza del parametro di stato dal livello del fattore di input è specificata in modo sufficientemente accurato durante la modellazione dell'oggetto, l'errore di adeguatezza è minimo.
Può dipendere dalla gamma dinamica delle misurazioni. (Ad esempio, se la dipendenza di un fattore y \u003d f (x) è impostata durante la modellazione con una parabola, allora in un piccolo intervallo differirà poco dalla dipendenza esponenziale.
Se l'intervallo di misurazione viene aumentato, l'errore di adeguatezza aumenterà notevolmente.)
Sotto errore assoluto si riferisce alla differenza algebrica tra il valore nominale e quello effettivo della grandezza misurata.
Δх=х n - x d
dove, Δх e Δу sono errori assoluti.
In misura maggiore la precisione degli strumenti di misura caratterizza errore relativo . Quelli. rapporto percentuale dell'errore assoluto rispetto al valore effettivo del valore misurato o riprodotto da questo strumento di misura
ε=Δх/х d *100%
dove il rapporto Δх/х e Δу/у – errori relativi
Se l'intervallo di misurazione del dispositivo copre anche il valore zero del valore misurato, l'errore relativo si trasforma in infinito corrispondente al punto della scala corrispondente.
In questo caso, usa il concetto errore ridotto, che è uguale al rapporto tra il dispositivo assoluto e un valore di normalizzazione.
γ=Δх/х norme
Come valore di normalizzazione, viene preso un valore caratteristico di un dato tipo di dispositivo di misurazione (questo può essere l'intervallo di misurazioni, il limite superiore delle misurazioni, la lunghezza della scala)
Δх/Х, Δу/У sono gli errori dati, dove Х e У sono gli intervalli di misura.
La scelta di X e Y è diversa in ogni caso a causa del limite inferiore di sensibilità dello strumento.
Errori additivi e moltiplicativi
additivo si chiama errore, costante in ogni punto della scala.
Multiploè chiamato errore, linearmente crescente o decrescente con la crescita del valore misurato.
È più semplice distinguere tra errori additivi e moltiplicativi in base alla banda di errore.
Se errore assoluto non dipende dal valore misurato, allora la banda è determinata dall'errore additivo (chiamato anche errore zero) 2.2.a
Se l'errore relativo è un valore costante, la banda di errore cambia all'interno dell'intervallo di misurazione: l'errore è chiamato multiplo. 2.2.b
Errore assoluto: la differenza algebrica tra i valori nominali ed effettivi del valore misurato. L'errore assoluto è misurato nelle stesse unità del valore stesso, nei calcoli è solitamente indicato dalla lettera greca - ∆.
Errore relativo: il rapporto tra l'errore assoluto e il valore considerato vero. L'errore relativo è una quantità adimensionale, o misurata in percentuale, nei calcoli è indicata dalla lettera - δ.
L'errore ridotto è l'errore espresso come rapporto tra l'errore assoluto dello strumento di misura e il valore condizionalmente accettato della grandezza, che è costante sull'intero campo di misura o su parte di esso.
Errori additivi e moltiplicativi.
Un errore additivo è un errore costante in ogni punto della scala.
Un errore moltiplicativo è un errore che aumenta o diminuisce linearmente con la crescita del valore misurato.
Un errore grossolano è un errore casuale nel risultato di una singola misurazione, che è incluso in una serie di misurazioni e differisce nettamente da altre misurazioni.
Gli slittamenti sono solitamente dovuti a errori o azioni errate dell'operatore.
16. Elaborazione dei risultati di misurazioni multiple dirette
Durante la misurazione, qualsiasi quantità fisica desiderata viene sempre determinata con qualche errore. Il compito delle misurazioni non è solo quello di ottenere il massimo probabile valore del valore desiderato, ma anche una stima dell'errore commesso nelle misurazioni. È consuetudine distinguere tra misurazioni dirette e indirette. Con le misurazioni dirette, il valore desiderato della grandezza viene trovato direttamente dall'osservazione (ad esempio, misurando la lunghezza con un righello, l'intensità della corrente con un amperometro, la massa con una bilancia a molla). A misure indirette il valore desiderato di una quantità si trova sulla base di una relazione nota tra questa quantità e le quantità determinate nelle misurazioni dirette (ad esempio: determinazione dell'area di un rettangolo lungo la lunghezza dei suoi lati, la forza attuale - da tensione e resistenza circuito elettrico e così via.). Indipendentemente dal tipo di misura, lo sperimentatore dovrebbe registrare il risultato indicando il valore più probabile (stima) del valore desiderato e l'intervallo in cui è contenuto, nonché livello di confidenza, cioè, l'affidabilità del risultato della misurazione. Di solito, le misurazioni vengono eseguite ripetutamente, da diverse osservazioni.
17. Fondamenti per garantire l'uniformità delle misurazioni
Unità di misura - lo stato delle misure, in cui i loro risultati sono espressi in approvati per l'uso in Federazione Russa unità di valori e gli indicatori di accuratezza della misurazione non vanno oltre confini stabiliti. Questa definizione è data in legge federale. La definizione del concetto di "unità di misura" è abbastanza capiente. Copre i compiti più importanti della metrologia: l'unificazione delle unità, lo sviluppo di sistemi per la riproduzione di unità e il trasferimento delle loro dimensioni a strumenti di misura funzionanti con precisione stabilita, esecuzione di misurazioni con un errore che non supera i limiti stabiliti, ecc. L'unità di misura devono essere mantenuti con qualsiasi accuratezza di misurazione richiesta dal proprietario del processo. Per garantire l'uniformità delle misurazioni, i risultati delle misurazioni devono essere espressi in unità standard. Inoltre, l'errore delle misurazioni effettuate deve essere noto esattamente. Per ottenere la precisione richiesta, l'errore di misurazione non deve superare i valori massimi consentiti.
18. Sistema statale garantire l'uniformità delle misurazioni
La base giuridica per garantire l'uniformità delle misurazioni è stabilita dalla legge della Federazione Russa "Sull'assicurare l'uniformità delle misurazioni". La legge regola i rapporti agenzie governative gestione della Federazione Russa con legale e individui sulla fabbricazione, produzione, funzionamento, riparazione, vendita e importazione di strumenti di misura e mira a proteggere i diritti e gli interessi legittimi dei cittadini, l'ordinamento giuridico stabilito e l'economia della Federazione Russa dalle conseguenze negative di risultati di misurazione inaffidabili. Se un trattato internazionale della Federazione Russa stabilisce regole diverse da quelle contenute nella legislazione della Federazione Russa per garantire l'uniformità delle misurazioni, si applicano le regole del trattato internazionale.
Errore dello strumento(Errore inglese (di indicazione) di uno strumento di misura) - la differenza tra l'indicazione di uno strumento di misura e il vero valore (reale) della grandezza fisica misurata.
Errore sistematico dello strumento di misura(eng. errore di polarizzazione di uno strumento di misura) - un componente dell'errore di uno strumento di misura, considerato come un cambiamento costante o regolare.
Nota. L'errore sistematico di un dato strumento di misura, di regola, differirà dall'errore sistematico di un'altra istanza di uno strumento di misura dello stesso tipo, per cui, per un gruppo dello stesso tipo di strumenti di misura, un errore sistematico l'errore a volte può essere considerato come un errore casuale.
Errore casuale dello strumento di misura(ing. errore di ripetibilità di uno strumento di misura) - un componente dell'errore di uno strumento di misura che cambia in modo casuale.
Errore assoluto dello strumento di misura- errore dello strumento di misura, espresso in unità della grandezza fisica misurata.
Errore relativo dello strumento di misura- errore dello strumento di misura, espresso come rapporto tra l'errore assoluto dello strumento di misura e il risultato della misura o il valore effettivo della grandezza fisica misurata.
Errore ridotto dello strumento di misura(eng. errore di riduzione di uno strumento di misura) - errore relativo, espresso come rapporto tra l'errore assoluto dello strumento di misura e il valore condizionalmente accettato della quantità, costante sull'intero intervallo di misurazione o in parte dell'intervallo.
Appunti:
- Il valore condizionalmente accettato della quantità è chiamato valore di normalizzazione. Spesso, il limite superiore delle misurazioni viene preso come valore di normalizzazione.
- L'errore dato è solitamente espresso in percentuale.
Errore di base dello strumento di misura(eng. errore intrinseco di uno strumento di misura) - l'errore di uno strumento di misura utilizzato in condizioni normali.
Errore aggiuntivo dello strumento di misura(Errore complementare inglese di uno strumento di misura) - una componente dell'errore dello strumento di misura, che si verifica in aggiunta all'errore principale a causa della deviazione di una qualsiasi delle quantità influenti dal suo valore normale o a causa del suo superamento del normale intervallo di valori.
Errore statico dello strumento di misura- l'errore dello strumento di misura utilizzato nella misura di una grandezza fisica, assunto come costante.
Errore dinamico dello strumento di misuraè l'errore dello strumento di misura che si verifica quando si misura una quantità fisica variabile (nel processo di misurazione).
Errore di misura- la differenza tra il valore nominale della misura e il valore effettivo del valore da essa riprodotto.
Stabilità dello strumento(Stabilità inglese) - una caratteristica qualitativa di uno strumento di misura, che riflette l'invarianza nel tempo delle sue caratteristiche metrologiche.
Nota. COME quantificazione la stabilità è l'instabilità dello strumento di misura.
Instabilità dello strumento– variazione delle caratteristiche metrologiche dello strumento di misura per un determinato intervallo di tempo.
Appunti:
- Per un certo numero di strumenti di misura, in particolare alcune misure, l'instabilità è una delle caratteristiche di precisione più importanti. Per gli elementi normali, l'instabilità viene solitamente stabilita entro un anno.
- L'instabilità è determinata sulla base di studi a lungo termine dello strumento di misura e sono utili confronti periodici con strumenti di misura più stabili.
Precisione dello strumento(Precisione inglese di uno strumento di misura) - una caratteristica della qualità di uno strumento di misura, che riflette la vicinanza del suo errore a zero.
Nota. Si ritiene che minore è l'errore, più preciso è lo strumento di misura.
Classe di precisione degli strumenti di misura(eng. classe di precisione) - una caratteristica generalizzata di questo tipo di strumenti di misura, di norma, che riflette il livello della loro precisione, espressa dai limiti del principale e consentito ulteriori errori, così come altre caratteristiche che influenzano la precisione.
Appunti:
- La classe di precisione consente di giudicare i limiti dell'errore di uno strumento di misura di un tipo, ma non è un indicatore diretto dell'accuratezza delle misurazioni eseguite utilizzando ciascuno di questi strumenti. Questo è importante quando si scelgono gli strumenti di misura a seconda della precisione di misura data.
- La classe di precisione degli strumenti di misura di un particolare tipo è stabilita negli standard requisiti tecnici(condizioni) o in altri documenti normativi.
Limite di errore ammissibile dello strumento di misura – valore più alto errore degli strumenti di misura, stabilito dal documento normativo per questo tipo di strumenti di misura, in cui è ancora riconosciuto idoneo all'uso.
Appunti:
- Se il limite di errore stabilito viene superato, lo strumento di misura viene riconosciuto come non idoneo all'uso (in questa classe di precisione).
- Di solito vengono fissati i limiti dell'errore consentito, ovvero i confini della zona oltre la quale l'errore non dovrebbe andare.
Esempio. Per un blocchetto da 100 mm della 1a classe di precisione, i limiti di errore ammissibili sono +/- 50 micron.
Caratteristiche metrologiche normalizzate del tipo di strumento di misura- un insieme di caratteristiche metrologiche di questo tipo di strumenti di misura, stabilito documenti normativi agli strumenti di misura.
Caratteristiche di precisione dello strumento di misura- un insieme di caratteristiche metrologiche dello strumento di misura che influenzano l'errore di misura.
Nota. Le caratteristiche di precisione includono l'errore dello strumento di misura, l'instabilità, la soglia di sensibilità, la deriva dello zero, ecc.
Errore S.I- la differenza tra l'indicazione dello strumento di misura - X p e il valore vero (reale) del valore misurato - X d.
Errore SI assoluto- errore dello strumento di misura, espresso in unità del valore misurato: ∆X = X p − X d L'errore assoluto è conveniente per applicazione pratica, Perché fornisce il valore dell'errore in unità del valore misurato. Ma quando lo si utilizza, è difficile confrontare strumenti con diversi intervalli di misurazione in termini di precisione. Questo problema viene rimosso utilizzando gli errori relativi.
Se l'errore assoluto non cambia nell'intero intervallo di misurazione, viene chiamato additivo, se cambia in proporzione al valore misurato (aumenta con il suo aumento), viene chiamato moltiplicativo.
La componente additiva non dipende dalla sensibilità del dispositivo e rimane costante per tutti i valori della grandezza in ingresso (Δ a = cost) .
La componente moltiplicativa dipende dalla sensibilità del dispositivo e varia in proporzione al valore corrente del valore di ingresso (Δ m =b x) .
L'errore totale (3) è uguale alla somma delle componenti additiva e moltiplicativa.
(Δ p \u003d Δ a + Δ m) .
Errore SI relativo- l'errore dello strumento di misura, espresso come rapporto tra l'errore assoluto dello strumento di misura e il risultato della misurazione o il valore effettivo della quantità misurata: δ = ∆X / X d. L'errore relativo fornisce il migliore di tutti i tipi di errori un'idea del livello di accuratezza della misurazione che può essere raggiunto utilizzando questo strumento di misurazione. Tuttavia, di solito cambia in modo significativo lungo la scala dello strumento, ad esempio aumenta con una diminuzione del valore della grandezza misurata. A questo proposito, viene spesso utilizzato l'errore ridotto.
Errore SI ridotto- errore relativo, espresso come rapporto tra l'errore assoluto dello strumento di misura e il valore condizionalmente accettato di XN, che si chiama normalizzante: γ = ∆Х / Х N .
Gli errori relativi e ridotti di solito esprimono entrambi in percentuali, O in unità relative (frazioni di unità).
Per indicare gli strumenti, il valore di normalizzazione viene impostato in base alle caratteristiche e alla natura della scala. Gli errori dati consentono di confrontare l'accuratezza degli strumenti di misura con diversi limiti di misura, se gli errori assoluti di ciascuno di essi non dipendono dal valore della grandezza misurata.
In base alle condizioni di misurazione, gli errori degli strumenti di misurazione sono suddivisi in principale E aggiuntivo.
Errore SI di base- errore dello strumento di misura utilizzato in condizioni normali, es. nelle condizioni definite nel NTD, non è considerato normale. Valori normali Le grandezze d'influenza sono indicate negli standard o nelle specifiche per strumenti di misura di questo tipo sotto forma di valori nominali con deviazioni normalizzate. Il più tipico condizioni normali Sono:
- temperatura (20 ± 5) °C;
- umidità relativa (65±15)%;
- Pressione atmosferica(100 ± 4) kPa o (750 ± 30) mmHg Arte.;
- tensione di alimentazione della rete elettrica 220 V ± 2% con una frequenza di 50 Hz.
A volte, invece dei valori nominali delle grandezze influenti, viene indicato l'intervallo normale dei loro valori. Ad esempio, umidità (30–80)%.
Errore SI aggiuntivo- componente dell'errore MI, che si verifica in aggiunta all'errore principale a causa della deviazione di una qualsiasi delle grandezze d'influenza dal suo valore normale. La divisione degli errori in errori di base e aggiuntivi è dovuta al fatto che le proprietà degli strumenti di misura dipendono dalle condizioni esterne.
Gli errori in base alla loro origine sono suddivisi in sistematico E casuale.
Errore sistematico SI- componente dell'errore dello strumento di misura, presa come una costante o che cambia regolarmente. Gli errori sistematici sono generalmente funzioni della grandezza misurata e delle grandezze d'influenza (temperatura, umidità, pressione, tensione di alimentazione, ecc.).
Errore SI casuale- componente dell'errore dello strumento di misura, che varia in modo casuale. Gli errori casuali degli strumenti di misura sono dovuti a cambiamenti casuali nei parametri di questi elementi SI e errori casuali letture strumentali.