тема Метрологические основы электротехнических измерений

Слайд 1

Лекция 1.1 . Метрологические основы электротехнических измерений. Функции измерительных преобразователей Метрология – наука об измерениях, методах, средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Ее делят на: Общая метрология , которая включает: теоретическую – занимается вопросами фундаментальных исследований, созданием системы единиц измерений, физических постоянных, разработкой новых методов измерений; экспериментальную – занимается вопросами создания эталонов, образцов мер, разработкой новых измерительных приборов, устройств и информационных систем; Законодательная метрология – комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных общих правил, а также другие вопросы, регламентация и контроль которых необходим со стороны государства для обеспечения единства измерений и единообразия средств измерения (СИ). Задачи метрологического обеспечения : с оздан ие и применение эталонов единиц физических величин; определение и уточнение физических констант и физико-химических свойств веществ и материалов; создание и выпуск образцовых средств измерения; разработка и применение стандартных методов, средств и схем проверки измерительных приборов ;

Слайд 2

проведение государственных испытаний разработанных и импортируемых средств измерений; государственный надзор и ведомственный контроль состояния за применением средств измерений . Измерения – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении измеряемой величины с ее единицей . Измерения бывают : по точности – равноточные (измерения одинаковыми по точности СИ и в одних и тех же условиях) и неравноточными; по числу измерений – однократные и многократные; по отношению к изменению измеряемой величины – статические и динамические; по выражению результатов измерений – абсолютные и относительные; по общим приемам получения результатов измерений – прямые и косвенные . Главные функции измерений: Учет продукции народного хозяйства , исчисляющейся по массе, длине, объему, расходу, мощности, энергии. Измерения, проводимые для контроля и регулирования технологических процессов (особенно в автоматизированных производствах) и для обеспечения нормального функционирования транспорта и связи . 1.1.2.

Слайд 3

Измерения физических величин, технических параметров, состава и свойств веществ, проводимые при научных исследованиях, испытаниях и контроле продукции в различных отраслях . Измерения делятся на: технические – это измерения с помощью рабочих СИ с целью контроля параметров изделий, технологических процессов, для диагностики заболеваний, контроля загрязнения окружающей среды и др.; метрологические – измерения с помощью эталонов, образцовых средств измерения с целью воспроизводства единиц физических величин для передачи их размеров рабочим СИ . Средство измерения – это техническое средство (или их комплекс), используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики. По конструктивному исполнению СИ подразделяют на: Меры физических величин – СИ, предназначенные для воспроизводства или хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Набор мер, объединенных в единое устройство, называют магазином мер. Сравнение с мерой выполняют с помощью специальных средств – компараторов (рычажные весы, измерительный мост и т.д .). 1.1.3.

Слайд 4

Измерительный преобразователь – иногда его называют датчиком, предназначен для преобразования неэлектрической величины в электрическую. Как правило, в своем составе он имеет первичный преобразователь (ПП) или чувствительный элемент и измерительную цепью. Рис.1. Структура устройства для измерения неэлектрических величин где : ПП - первичный измерительный преобразователь ИЦ - измерительная цепь ОУ - отчетное устройство Размещенный непосредственно на объекте ПП преобразует неэлектрическую величину Х в электрическую величину Υ . К первичным преобразователям (ПП) предъявляют требования: воспроизводимости и однозначности характеристики преобразования У=F(Х), стабильности во времени характеристики преобразователя, минимального обратного действия преобразователя на исследуемый объект, точности, быстродействия и т.д . 1.1.4.

Слайд 5

Среди ПП существуют : Параметрические ПП для которых характерно то, что сигналы , получаемые от измеряемого объекта, служат только для управления энергией постороннего источника, включенного в электрическую цепь. Генераторные ПП характеризуются тем, что сигналы, получаемые от измеряемого объекта, непосредственно преобразуются в электрические сигналы. По физической природе явлений , лежащих в основе их работы, ПП можно подразделить на : механические резистивные (контактные, реостатные, тензометрические); электростатические (емкостные, пьезоэлектрические); электромагнитные (индуктивные, индукционные, магнитоупругие ); теплоэлектрические (термоэлектрические, терморезистивные ); оптико-электрические; атомные (ионизационного излучения, квантовые) и т.д . 1.1.5.

Слайд 6

На вход первичного преобразователя кроме входной величины Х действуют и другие параметры объекта и окружающей среды. В этих условиях первичный преобразователь должен избирательно реагировать только на значение входной величины и не реагировать на влияние всех остальных факторов. Функция измерительного преобразователя . Измерительный прибор предназначен для преобразования измерительного сигнала х(t) в выходной сигнал у(t): (1) где х(t) и у(t) — векторные величины; F(х) —требуемая функция преобразования . Предполагаем, что функция F(х) осуществляет все необходимые математические операции, включая интегрирующие и дифференцирующие. В реальных приборах функция преобразования зависит не только от сигнала х(t) , но также от возмущения  (t) на сигнал х(t), от помех  (t), действующих на параметры прибора q, от погрешностей  q возникающих вследствие неточностей изготовления прибора, и от помех v ‚ возникающих в самом приборе (моменты трения, паразитные ЭДС.) (2) где  ,  , q (  ),  —векторы. (Рис. 2 ). 1.1.6.

Слайд 7

Измеряемыми величинами, на основе которых формируется полезный сигнал х(t) являются параметры первичной информации, такие, как давление, температура, расход топлива, расстояние, скорости, ускорения, вибрации и т. д. К числу вредных возмущений относятся перегрузки, вибрации , электрические и магнитные поля, неконтролируемые вариации окружающей среды и др. Все эти возмущения вносят погрешности в показания прибора. Измерительный сигнал, получаемый от контролируемого объекта , передается в измерительную систему в виде импульса какого-либо вида энергии. Можно говорить о первичных сигналах, непосредственно характеризующих контролируемый процесс, о сигналах, воспринимаемых чувствительным элементом прибора, о сигналах, подаваемых в измерительную схему, и т. д. При передаче информации от контролируемого объекта к указателю прибора сигналы претерпевают ряд изменений по уровню и спектру и преобразуются из одного вида энергии в другой. 1.1.7.

Слайд 8

Структурная схема ИП При проектировании измерительных приборов подразумевается разработка функциональных, структурных, и принципиальных схем, удовлетворяющих требованиям технического задания в частности: обеспечение заданной точности измерения; заданного диапазона измерений; габариты , вес, стоимость; высокая надёжность. Структурная схема прибора отображает совокупность звеньев, осуществляющих элементарные преобразования информации, а так же — статические и динамические передаточные свойства. Синтез схем приборов разбивают на следующие этапы : - выбор метода измерения, составление функциональной схемы т. е. определение зависимости вида: (3) где x- подлежащая измерению величина; z – непосредственно измеряемая величина. 1.1.8.

Слайд 9

- составление структурной схемы прибора, представляющей совокупность звеньев, которые осуществляют элементарные преобразования измерительных сигналов; - определение статических и динамических характеристик звеньев и прибора в целом и сравнение этих характеристик с требуемыми характеристиками с целью определения погрешностей ; - техническая реализация структурных схем в виде принципиальных схем . Передаточные свойства звеньев характеризуются передаточными функциями в динамическом режиме, или чувствительностью в статическом. 1.1.9.