oscilačný obvod
Ryža. 3 Schéma oscilátora
Ryža. 4 strunový oscilátor AG-4 s autonómnym napájaním
Výstup reťazca je elektricky izolovaný od tela snímača a je pripojený na vstup samooscilátora (AG-4) (znázornený na obr. 4)
Druhý výstup stringu je pripojený k telu snímača a pomocou kábla je pripojený na vstup 4 samooscilátora.
(Všetko vyššie uvedené sa vzťahuje na klasický UIP 8: so samooscilátorom, meračom frekvencie.
MSI vám umožňuje odstrániť samooscilátor a vykonať merania pomocou tlmených oscilácií.)
Oscilátor premieňa zmenu frekvencie kmitov mechanického systému na zmenu frekvencie elektrického výstupného napätia.
Strunový oscilátor využíva operačný zosilňovač. Úlohu prvku na nastavenie frekvencie plní struna, čo je kvalitný mechanický oscilačný systém s lineárne rozloženými parametrami.
Rezistory R1 a R2 nastavujú prevádzkový režim operačného zosilňovača (op-amp) na jednosmerný prúd.
Záporný návrat cez R1 a R2 a kondenzátor C1 nastavuje zisky operačného zosilňovača.
Rezistor R5, pripojený k bodom 1 a 2 a umiestnený v puzdre UIP-8, reguluje hĺbku pozitívnej spätnej väzby, ktorá určuje amplitúdu vibrácií struny a tvar výstupného signálu.
Kondenzátor C2 sa používa na izoláciu výstupu oscilátora a preťaženia jednosmerným prúdom.
Vstup 2 oscilátora je pripojený k reťazcu a vstup 4 je pripojený k UIP-8
Algoritmy na monitorovanie a zabezpečenie kvality meraní. Zložky chyby merania
Chyba meracích prístrojov a výsledkov merania.
Chyba merania by sa mala rozdeliť na:
Chyba meracích prístrojov
Neistota merania
Chyba meracích prístrojov- odchýlka metrologických vlastností alebo parametrov meracích prístrojov od nominálnych, ovplyvňujúca chybu výsledkov merania, vytvárajúca tzv. chyby prístrojového merania.
Chyba merania- odchýlka výsledku merania x meas od skutočného, tie skutočnú hodnotu nameraná hodnota x 0 a je určená vzorcom:
Δx \u003d x priemer - x 0
Chyby meracích prístrojov možno rozdeliť na:
inštrumentálne
metodický
Metodologická chyba v dôsledku nedokonalosti metódy merania alebo zjednodušení vykonaných počas merania (vzniká napríklad použitím približných vzorcov na výpočet výsledku alebo nesprávnou technikou merania).
Voľba chybnej metodiky je možná z dôvodu nekonzistentnosti (t.j. nevhodnosti) nameraných fyzikálne množstvo a jej modely.
Príčiny metodickej chyby môžu byť. ako nezapočítané pre vzájomné ovplyvňovanie objektu merania a meradiel alebo nedostatočnú presnosť takéhoto účtovania.
(Ako príklad - metodologická chyba nastáva pri meraní poklesu napätia v úsekoch obvodu pomocou voltmetra, tk. pôsobením voltmetra namerané napätie klesá).
Mechanizmus vzájomného ovplyvňovania môže byť. a chyby sa vypočítajú a zohľadnia.
Inštrumentálna chyba z dôvodu nedokonalosti použitých meracích prístrojov.
Príčinami jeho vzniku sú nepresnosti pri výrobe a nastavovaní prístrojov, zmeny parametrov konštrukčných prvkov a obvodov v dôsledku starnutia.
Vo vysoko citlivých zariadeniach sa môže silne prejaviť ich vlastný vnútorný šum.
Statické a dynamické chyby.
Statická chyba- chyba výsledkov merania, vlastná podmienkam statického merania (tj pri meraní konštantných hodnôt po dokončení prechodných procesov v prvkoch zariadení a prevodníkov).
Dynamická chyba merania– chyba výsledkov merania vlastná výsledkom dynamického merania.
Dynamická chyba sa objavuje pri meraní premenných a je spôsobená inerciálnymi vlastnosťami meracích prístrojov.
Statické a dynamické chyby sa vzťahujú na chyby výsledku merania.
Vo väčšine zariadení sa ukazuje, že statické a dynamické chyby sú vzájomne prepojené, pretože pomer medzi týmito typmi chýb závisí od charakteristík zariadenia a charakteristického času merania veličiny.
Systematické náhodné chyby
Systematická chyba merania- zložka chyby merania, ktorá zostáva konštantná alebo sa pravidelne mení pri opakovaných meraniach tej istej fyzikálnej veličiny.
Systematické chyby sú funkciou meranej veličiny, ovplyvňujúcich veličín a času. Hodnoty môžu byť: teplota, vlhkosť, napätie.
Všetky systematické chyby sú zahrnuté v overovaní a certifikácii vzorových nástrojov.
Náhodný sú zložky chyby merania, ktoré sa náhodne menia pri opakovanom meraní tej istej veličiny.
Náhodné chyby sú určené kombináciou niekoľkých dôvodov:
Vnútorný šum prvkov elektronických obvodov
Snímače na vstupných obvodoch meracích prístrojov
Zvlnenie DC napájacieho napätia
Riešenie účtu
Chyby adekvátnosti a kalibrácie
Chyba kalibrácie meracích prístrojov- chyba skutočnej hodnoty hodnoty priradenej jednej alebo druhej značke stupnice meracieho prístroja v dôsledku delenia.
Chyba primeranosti modelu je chyba pri výbere funkčnej závislosti.
Typickým príkladom je konštrukcia lineárnej závislosti na údajoch, ktoré sú lepšie opísané mocninovým radom s malými nelineárnymi členmi.
Chyba primeranosti sa vzťahuje na merania na validáciu modelu.
Ak je pri modelovaní objektu dostatočne presne špecifikovaná závislosť parametra stavu od úrovne vstupného faktora, potom je chyba primeranosti minimálna.
Môže to závisieť od dynamického rozsahu meraní. (Napríklad, ak je pri modelovaní s parabolou nastavená jednofaktorová závislosť y \u003d f (x), potom sa v malom rozsahu bude líšiť od exponenciálnej závislosti.
Ak sa rozsah merania zvýši, chyba primeranosti sa výrazne zvýši.)
Pod absolútna chyba sa vzťahuje na algebraický rozdiel medzi nominálnou a skutočnou hodnotou meranej veličiny.
Δх=х n - x d
kde Δх a Δу sú absolútne chyby.
Vo väčšej miere presnosť meracích prístrojov charakterizuje relatívna chyba . Tie. percentuálny pomer absolútnej chyby k skutočnej hodnote nameranej alebo reprodukovanej týmto meracím prístrojom
ε=Δх/х d *100 %
kde pomer Δх/х a Δу/у – relatívne chyby
Ak rozsah merania prístroja pokrýva aj nulovú hodnotu nameranej hodnoty, potom sa relatívna chyba zmení na nekonečno zodpovedajúce jej zodpovedajúcemu bodu stupnice.
V tomto prípade použite koncept znížená chyba, čo sa rovná pomeru absolútneho zariadenia k nejakej normalizačnej hodnote.
γ=Δх/х normy
Ako normalizačná hodnota sa berie hodnota charakteristická pre daný typ meracieho zariadenia (môže to byť rozsah meraní, horná hranica meraní, dĺžka stupnice)
Δх/Х, Δу/У sú dané chyby, kde Х a У sú rozsahy merania.
Voľba X a Y je v každom prípade iná kvôli nižšej hranici citlivosti prístroja.
Aditívne a multiplikatívne chyby
aditívum sa nazýva chyba, konštantná v každom bode stupnice.
Viacnásobné sa nazýva chyba, lineárne rastúca alebo klesajúca s rastom nameranej hodnoty.
Najjednoduchšie je rozlíšiť aditívne a multiplikatívne chyby podľa pásma chýb.
Ak absolútna chyba nezávisí od nameranej hodnoty, potom je pásmo určené aditívnou chybou (nazýva sa aj nulová chyba) 2.2.a
Ak je relatívna chyba konštantná hodnota, potom sa chybové pásmo mení v rámci rozsahu merania - chyba sa nazýva multiplex. 2.2.b
Absolútna chyba - algebraický rozdiel medzi nominálnymi a skutočnými hodnotami nameranej hodnoty. Absolútna chyba sa meria v rovnakých jednotkách ako samotná hodnota, vo výpočtoch sa zvyčajne označuje gréckym písmenom - ∆.
Relatívna chyba - pomer absolútnej chyby k hodnote, ktorá sa považuje za pravdivú. Relatívna chyba je bezrozmerná veličina, alebo meraná v percentách, vo výpočtoch sa označuje písmenom - δ.
Redukovaná chyba je chyba vyjadrená ako pomer absolútnej chyby meracieho prístroja k podmienečne akceptovanej hodnote veličiny, ktorá je konštantná v celom rozsahu merania alebo v časti rozsahu.
Aditívne a multiplikatívne chyby.
Aditívna chyba je chyba, ktorá je konštantná v každom bode stupnice.
Multiplikatívna chyba je chyba, ktorá sa lineárne zvyšuje alebo znižuje s rastom nameranej hodnoty.
Hrubá chyba je náhodná chyba vo výsledku jedného merania, ktorá je zahrnutá do série meraní a výrazne sa líši od ostatných meraní.
Pošmyknutia sú zvyčajne spôsobené chybami alebo nesprávnym konaním operátora.
16. Spracovanie výsledkov priamych viacnásobných meraní
Pri meraní sa akákoľvek požadovaná fyzikálna veličina vždy určí s určitou chybou. Úlohou meraní nie je len získať čo najviac pravdepodobná hodnota požadovanej hodnoty, ale aj odhad chyby vykonanej pri meraniach. Je zvykom rozlišovať priame a nepriame merania. Pri priamych meraniach sa požadovaná hodnota veličiny zisťuje priamo pozorovaním (napríklad meranie dĺžky pravítkom, prúdová sila ampérmetrom, hmotnosť pružinovým váhou). O nepriame merania požadovaná hodnota veličiny sa zistí na základe známeho vzťahu medzi touto veličinou a veličinami určenými v priamych meraniach (napríklad: určenie plochy obdĺžnika po dĺžke jeho strán, sila prúdu - od napätia a odporu elektrický obvod atď.). Bez ohľadu na typ merania by mal experimentátor zaznamenať výsledok označujúci najpravdepodobnejšiu hodnotu (odhad) požadovanej hodnoty a interval, v ktorom sa nachádza, ako aj úroveň sebavedomia, teda spoľahlivosť výsledku merania. Zvyčajne sa merania vykonávajú opakovane, niekoľkými pozorovaniami.
17. Základy zabezpečenia jednotnosti meraní
Jednota meraní - stav meraní, v ktorom sú ich výsledky vyjadrené v schválených na použitie v Ruská federácia jednotky hodnôt a ukazovatele presnosti merania nepresahujú stanovené hranice. Táto definícia je uvedená v federálny zákon. Definícia pojmu „jednota meraní“ je dosť priestranná. Zahŕňa najdôležitejšie úlohy metrológie: zjednotenie jednotiek, vývoj systémov na reprodukciu jednotiek a prenos ich veľkostí na pracovné meradlá so stanovenou presnosťou, vykonávanie meraní s chybou nepresahujúcou stanovené limity atď. Jednota meraní musí byť zachovaná s akoukoľvek presnosťou merania, ktorú vyžaduje vlastník procesu. Aby sa zabezpečila jednotnosť meraní, výsledky merania by mali byť vyjadrené v štandardných jednotkách. Okrem toho musí byť presne známa chyba vykonaných meraní. Na dosiahnutie požadovanej presnosti by chyba merania nemala presiahnuť maximálne prípustné hodnoty.
18. Štátny systém zabezpečenie jednotnosti meraní
Právny základ na zabezpečenie jednotnosti meraní je ustanovený zákonom Ruskej federácie „o zabezpečení jednotnosti meraní“. Zákon upravuje vzťahy vládne agentúry riadenie Ruskej federácie s právnymi a jednotlivcov o výrobe, výrobe, prevádzke, oprave, predaji a dovoze meradiel a je zameraný na ochranu práv a oprávnených záujmov občanov, ustáleného právneho poriadku a hospodárstva Ruskej federácie pred negatívnymi dôsledkami nespoľahlivých výsledkov meraní. Ak medzinárodná zmluva Ruskej federácie stanovuje iné pravidlá ako tie, ktoré sú obsiahnuté v právnych predpisoch Ruskej federácie o zabezpečení jednotnosti meraní, potom platia pravidlá medzinárodnej zmluvy.
Chyba prístroja(anglická chyba (of indikácie) meracieho prístroja) - rozdiel medzi indikáciou meracieho prístroja a skutočnou (skutočnou) hodnotou meranej fyzikálnej veličiny.
Systematická chyba meracieho prístroja(angl. chyba vychýlenia meracieho prístroja) - zložka chyby meracieho prístroja, braná ako konštantná alebo pravidelná zmena.
Poznámka. Systematická chyba daného meracieho prístroja sa bude spravidla líšiť od systematickej chyby inej inštancie meracieho prístroja rovnakého typu, v dôsledku čoho pre skupinu rovnakého typu meradiel vznikne systematická chyba. chyba môže byť niekedy považovaná za náhodnú chybu.
Náhodná chyba meracieho prístroja(angl. chyba opakovateľnosti meracieho prístroja) - náhodne sa meniaca zložka chyby meracieho prístroja.
Absolútna chyba meracieho prístroja- chyba meracieho prístroja vyjadrená v jednotkách meranej fyzikálnej veličiny.
Relatívna chyba meracieho prístroja- chyba meracieho prístroja vyjadrená ako pomer absolútnej chyby meracieho prístroja k výsledku merania alebo k skutočnej hodnote meranej fyzikálnej veličiny.
Znížená chyba meracieho prístroja(angl. redukčná chyba meracieho prístroja) - relatívna chyba, vyjadrená ako pomer absolútnej chyby meracieho prístroja k podmienečne akceptovanej hodnote veličiny, konštantná v celom rozsahu merania alebo v časti rozsahu.
Poznámky:
- Podmienečne akceptovaná hodnota veličiny sa nazýva normalizačná hodnota. Často sa horná hranica meraní považuje za normalizačnú hodnotu.
- Daná chyba sa zvyčajne vyjadruje v percentách.
Základná chyba meracieho prístroja(angl. vlastná chyba meracieho prístroja) - chyba meracieho prístroja používaného za normálnych podmienok.
Dodatočná chyba meracieho prístroja(anglická komplementárna chyba meracieho prístroja) - zložka chyby meracieho prístroja, ktorá vzniká popri hlavnej chybe v dôsledku odchýlky niektorej z ovplyvňujúcich veličín od jej normálnej hodnoty alebo v dôsledku jej prekročenia. rozsah hodnôt.
Statická chyba meracieho prístroja- chyba meracieho prístroja použitého pri meraní fyzikálnej veličiny braná ako konštanta.
Dynamická chyba meracieho prístroja je chyba meracieho prístroja, ktorá vzniká pri meraní meniacej sa (v procese merania) fyzikálnej veličiny.
Chyba merania- rozdiel medzi nominálnou hodnotou miery a skutočnou hodnotou ňou reprodukovanej hodnoty.
Stabilita prístroja(anglická stabilita) - kvalitatívna charakteristika meracieho prístroja, odrážajúca nemennosť jeho metrologických charakteristík v čase.
Poznámka. Ako kvantifikácia stabilita je nestabilita meracieho prístroja.
Nestabilita nástroja– zmena metrologických charakteristík meradla za stanovený časový interval.
Poznámky:
- Pre množstvo meracích prístrojov, najmä pre niektoré miery, je nestabilita jednou z najdôležitejších charakteristík presnosti. U normálnych prvkov sa nestabilita zvyčajne zistí do jedného roka.
- Nestabilita sa zisťuje na základe dlhodobých štúdií meracieho prístroja a užitočné sú periodické porovnávania so stabilnejšími meracími prístrojmi.
Presnosť prístroja(anglická presnosť meracieho prístroja) - charakteristika kvality meracieho prístroja, odrážajúca blízkosť jeho chyby k nule.
Poznámka. Predpokladá sa, že čím je chyba menšia, tým je merací prístroj presnejší.
Trieda presnosti meracích prístrojov(angl. trieda presnosti) - zovšeobecnená charakteristika tohto typu meradiel spravidla odrážajúca úroveň ich presnosti, vyjadrenú hranicami prípustných hlavných a dodatočné chyby, ako aj ďalšie vlastnosti, ktoré ovplyvňujú presnosť.
Poznámky:
- Trieda presnosti umožňuje posúdiť hranice chyby meracieho prístroja jedného typu, ale nie je priamym ukazovateľom presnosti meraní vykonaných pomocou každého z týchto prístrojov. To je dôležité pri výbere meracích prístrojov v závislosti od danej presnosti merania.
- Trieda presnosti meracích prístrojov konkrétneho typu je stanovená v normách technické požiadavky(podmienky) alebo v iných normatívnych dokumentoch.
Hranica dovolenej chyby meracieho prístroja – najvyššia hodnota chyba meracích prístrojov stanovená normatívnym dokumentom pre tento typ meracích prístrojov, v ktorom je stále uznaný ako vhodný na použitie.
Poznámky:
- Ak sa prekročí stanovený limit chyby, meradlo je uznané ako nevhodné na použitie (v tejto triede presnosti).
- Zvyčajne sú stanovené hranice prípustnej chyby, teda hranice zóny, za ktorú by chyba nemala ísť.
Príklad. Pre 100 mm kalibrový blok 1. triedy presnosti sú hranice dovolenej chyby +/- 50 mikrónov.
Normalizované metrologické charakteristiky typu meracieho prístroja- stanovený súbor metrologických charakteristík tohto druhu meradiel normatívne dokumenty na meracie prístroje.
Charakteristika presnosti meracieho prístroja- súbor metrologických charakteristík meracieho prístroja, ktoré ovplyvňujú chybu merania.
Poznámka. Charakteristiky presnosti zahŕňajú chybu meracieho prístroja, nestabilitu, prah citlivosti, nulový posun atď.
Chyba SI- rozdiel medzi údajom meracieho prístroja - X p a skutočnou (skutočnou) hodnotou nameranej hodnoty - X d.
Absolútna chyba SI- chyba meracieho prístroja vyjadrená v jednotkách nameranej hodnoty: ∆X = X p − X d. Absolútna chyba je vhodná pre praktické uplatnenie, pretože udáva hodnotu chyby v jednotkách nameranej hodnoty. Ale pri jeho použití je ťažké porovnávať prístroje s rôznymi rozsahmi merania z hľadiska presnosti. Tento problém je odstránený použitím relatívnych chýb.
Ak sa absolútna chyba nemení v celom rozsahu merania, potom sa nazýva aditívna, ak sa mení úmerne k nameranej hodnote (rastie s jej nárastom), potom sa nazýva multiplikatívna.
Aditívna zložka nezávisí od citlivosti zariadenia a zostáva konštantná pre všetky hodnoty vstupnej veličiny (Δ a =const) .
Multiplikačná zložka závisí od citlivosti zariadenia a mení sa úmerne k aktuálnej hodnote vstupnej hodnoty (Δ m =b x) .
Celková chyba (3) sa rovná súčtu aditívnych a multiplikatívnych zložiek.
(Δ p \u003d Δ a + Δ m) .
Relatívna chyba SI- chyba meracieho prístroja, vyjadrená ako pomer absolútnej chyby meracieho prístroja k výsledku merania alebo k skutočnej hodnote meranej veličiny: δ = ∆X / X d. Relatívna chyba dáva najlepšiu zo všetkých typov. chýb predstavu o úrovni presnosti merania, ktorú možno dosiahnuť pomocou meraní tohto nástroja. Väčšinou sa však výrazne mení pozdĺž stupnice prístroja, napríklad rastie s poklesom hodnoty meranej veličiny. V tomto ohľade sa často používa znížená chyba.
Znížená chyba SI- relatívna chyba, vyjadrená ako pomer absolútnej chyby meracieho prístroja k podmienečne akceptovanej hodnote XN, ktorá je tzv. normalizácia: γ = ∆Х / Х N .
Relatívne a redukované chyby zvyčajne vyjadrujú buď v percentách, alebo v relatívnych jednotkách (zlomky jednotky).
Pre indikačné prístroje sa normalizačná hodnota nastavuje v závislosti od vlastností a charakteru stupnice. Uvedené chyby umožňujú porovnávať presnosť meracích prístrojov s rôznymi medzami merania, ak absolútne chyby každého z nich nezávisia od hodnoty meranej veličiny.
Podľa podmienok merania sa chyby meracích prístrojov delia na hlavné a dodatočné.
Základná chyba SI- chyba meracieho prístroja používaného za normálnych podmienok, t.j. za podmienok, ktoré sú definované v NTD, sa nepovažuje za normálne. Normálne hodnoty Ovplyvňujúce veličiny sú uvedené v normách alebo špecifikáciách pre meracie prístroje tohto typu vo forme nominálnych hodnôt s normalizovanými odchýlkami. Najtypickejšie normálnych podmienkach sú:
- teplota (20 ± 5) °C;
- relatívna vlhkosť (65±15)%;
- Atmosférický tlak(100 ± 4) kPa alebo (750 ± 30) mmHg čl.;
- napájacie napätie elektrickej siete 220 V ± 2 % s frekvenciou 50 Hz.
Niekedy sa namiesto nominálnych hodnôt ovplyvňujúcich veličín uvádza normálny rozsah ich hodnôt. Napríklad vlhkosť (30–80) %.
Dodatočná chyba SI- zložka chyby MI, ktorá vzniká popri hlavnej chybe odchýlkou niektorej z ovplyvňujúcich veličín od jej normálnej hodnoty. Rozdelenie chýb na základné a doplnkové je spôsobené tým, že vlastnosti meracích prístrojov závisia od vonkajších podmienok.
Chyby sa podľa pôvodu delia na systematický a náhodný.
SI systematická chyba- zložka chyby meracieho prístroja, braná ako konštantná alebo pravidelne sa meniaca. Systematické chyby sú vo všeobecnosti funkcie meranej veličiny a ovplyvňujúcich veličín (teplota, vlhkosť, tlak, napájacie napätie atď.).
Náhodná chyba SI- zložka chyby meracieho prístroja, ktorá sa náhodne mení. Náhodné chyby meracích prístrojov sú spôsobené náhodnými zmenami parametrov týchto prvkov SI a náhodné chyby hodnoty prístrojov.