Основы метрологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача

Определить пиковое, среднеквадратическое и средневыпрямленное значения напряжения несинусоидальной формы (Ka=2,0; Kф=1,2), поданного на вход электронного вольтметра с пиковым детектором со шкалой, проградуированной в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Показания вольтметра U = 100 В.

Решение:

Поскольку вид измеряемого напряжения определяется типом детектора, то можно сделать вывод, что вольтметр измеряет средневыпрямленное значение. Однако шкала вольтметра проградуирована в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. В этом случае мы должны показания вольтметра умножить на градуированный коэффициент, определяемый как отношение параметра напряжения, в значениях которого проградуирована шкала, к параметру напряжения, соответствующего типу детектора (Uск / Uсв = 1,11). Откуда

Uсв= 0,9U = 0,9100= 90 (B).

Зная коэффициент формы измеряемого пилообразного напряжения (Кф = =1,2), можно найти среднеквадратическое значение напряжения:

Uск = KФUсв = 1,290 108 (B).

Зная коэффициент амплитуды (КА = 2,0), можно найти пиковое значение несинусоидального напряжения:

UA = KAUск = 2,0108 = 216 (B).

Ответ: Uсв = 90 (B); Uск 108 (B); UA = 216 (B).

Вопрос № 1

Термины и определения в области метрологии: метрология, измерение. Классификация измерений по способу получения измерительной информации (прямые, косвенные, совокупные и совместные) по характеру поведения измеряемой величины (статические, динамические) и по характеру проведения измерений (абсолютные и относительные).

Метрология - наука о измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Под единством измерений понимают:

-выражение результатов измерений в единой системе (СИ)

-единообразие средств измерений

-единообразие структуры проведения измерения(! Должна быть указана погрешность с некоторой допустимой вероятностью I=(1.00±0.15)мА Pд=0.95)

Важная особенность: - законодательный характер, что обеспечивается действием комплекса государственных стандартов, которые объединены в государственную систему обеспечения единства измерения (ГСМ) В РБ - CN<8 Старый стандарт - ГОСТ (СССР)

Измерения - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (средств измерений) Найденное в результате значение величины есть результат измерения

Экспериментальная операция - выполняющаяся в процессе измерений, в результате которой получается одно значение физической величины , называется наблюдением , причем могут понадобиться либо многократное , либо однократное измерение одной и той же физической величины. При измерении можно выделить следующие слагаемые :

-воспроизведение физической величины

-преобразование измеряемой величины

-сравнение измер-ой величины с единицей воспроизводимой меры

-фиксирование результата измерения

Полученная при измерениях информация называется измерительной. Ее особенность - высокая достоверность.

По способу получения измерительной информации, измерения делятся на :

1. Прямое измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (например, ток) Q=X

Q-искомое значение величины

X-результат измерений

2. Косвенные измерения, при которых искомое значение величины вычисляют на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными из прямых измерений Q=f(x1,x2,…..xn)

3. Совокупные и совместные измерения характеризуются тем, что одновременно производятся измерения нескольких одноименных (при совокупных измерениях) или разноименных (при совместных измерениях) величин и путем решения системы уравнений, связывающих их, определяются искомые значения измеряемых величин.

По характеру проведения измерений выделяют :

-абсолютные измерения - основываются на выражении результата измерения в единицах физической величины

-относительные измерения - измеряется отношение величины к одноименной величине, играющей роль единицы или принятой за исходную.

По характеру поведения самой измеряемой величины :

-статические - измеряемая величина остается постоянной

-динамический - измеряемая величина существенно изменяется за время измерения.

Вопрос № 2

вольтметр измерительный цифровой детектор

Общие сведения о цифровых измерительных приборах. Основные процессы при аналого-цифровом преобразовании сигналов: дискретизация во времени, квантование по уровню и цифровое кодирование. Погрешности при аналого-цифровом преобразовании сигналов. Классификация цифровых вольтметров постоянного тока в зависимости от метода аналого-цифрового преобразования, от типа преобразователя, от значения измеряемого напряжения.

В связи с повышением требований к точности измерений и необходимостью автоматизации процессов измерений большого числа параметров при использовании систем автоматического контроля и управления, а также в связи с применением вычислительной техники появились и широко применяются измерительные приборы, получившие название цифровые.

Цифровыми называются приборы, которые измеряют дискретные (отдельные) значения х1, х2, х3,… Непрерывной во времени величины x или ее аналога (то есть величины, пропорционально измеряемой) и результат измерения выдают в цифровой форме. Дискретное представление измеряемой величины отличает эти приборы от давно существующих приборов с цифровым отсчетом, таких, например, как счетчики электрической энергии. Цифровые приборы следует отнести к автоматическим приборам сравнения с непосредственным отсчетом, работающим на принципе компенсации измеряемой величины образцовой мерой. Результат измерения, например, значения х1 (получается в момент равенства с некоторым приближением этой величины к образцовой мере или величине, пропорциональной образцовой мере. Измеренное значение x кодируется тем или иным способом, и затем результат измерения (эквивалент кода) фиксируется счетным устройством в цифровой форме на шкале прибора или печатается на бумаге специальным печатающим устройством, основанном на электромеханическом принципе. Кодирование может быть выполнено, например, числом импульсов, числом одинаковых ступеней, образцового напряжения или определенной комбинацией различных по величине образцовых напряжений. Число импульсов или ступеней напряжений и комбинации образцовых напряжений могут применить только определенные дискретные значения. Наименьшей ступенью дискретности в этих случаях является ил один импульс, или наименьшая величина ступени напряжения. Следовательно, при измерении цифровыми приборами осуществляется замена текущего значения измеряемой величины ближайшим дискретным значением кода. Такое измерение называется дискретным по величине иди по уровню. Измерение непрерывной величины цифровым прибором производится только в определенные фиксированные моменты времени t1,t2,t3, поэтому такое измерение осуществляется дискретно и по времени. Представление текущего значения измеряемой величины прижженным значением, лежащим между двумя ближайшими образцовыми величинами, различающимися на элементарную величину, называется квантованием по величине или по уровню. Замена непрерывной величины дискретными значениями называется квантованием по времени.

Основные характеристики

К основным характеристикам цифровых измерительным приборов относятся: погрешности; диапазон измерений; входное сопротивление прибора; порог чувствительности; быстродействие; помехоустойчивость.

Основная погрешность ЦИП складывается из следующих составляющих погрешностей: дискретности; реализации дискретности уровней; порога чувствительности;

Составляющие и обусловлены несовершенством прибора, то есть относятся к инструментальной погрешности; составляющая - к методической погрешности. Погрешность возникает от несоответствия принятых и реальных значений уровней квантования, так как измеряемая величина квантуется в соответствии с реальными значениями уровней, а отсчет производится в соответствии с принятыми значениями. Погрешность возникает от наличия порога чувствительности (порога срабатывания).

В реальном приборе составляющие погрешности изменяются случайным образом, и поэтому их надо суммировать как случайные величины, с учетом их распределения. В силу равной вероятности любого значения измеряемой величины в пределах одного шага квантования плотность нормального распределения погрешности

Диапазон измерений ЦИП - это область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности. Если ЦИП предназначен для измерения величин, изменяющихся в Широких пределах, то с целью повышения точности измерения предусматривается несколько диапазонов.

Порог чувствительности - наименьшее изменение измеряемой величины, вызывающее изменение показаний прибора, характеризует возможность прибора измерять малые значения и малые приращения измеряемой величины. Входное сопротивление прибора влияет на потребляемую от измеряемой цепи энергию U, в конечном итоге, на результат измерения. Для приборов переменного тока указывают значения активной и емкостной составляющих входного сопротивления, рассматриваемых как включенные параллельно.

Быстродействие - число измерений, выполняемых средством измерений с нормированной погрешность за единицу времени (чаще всего за 1 сек.)

Помехоустойчивость помех ЦИП характеризуется коэффициентом подавления помех B, где -напряжение источника помехи; - погрешность, обусловленная воздействием этого напряжения. Для уменьшения действия помех применяют фильтры или изолируют входную цепь прибора от корпуса, возможны и другие решения.

Классификация цифровых измерительных приборов (ЦИП)

ЦИП классифицируются: по роду измеряемой величины; по методу квантования (кодирования);

По роду измеряемой величины ЦИП подразделяются на вольтметры, вольтамперметры, омметры, вольтомметры, частотомеры, фазометры, хронометры и др.

По методу квантования (кодирования) ЦИП можно разделить на:

приборы пространственного квантования; приборы с квантованием частотно-временных параметров измерительных сигналов (число-импульсное, время-импульсное, частотно-импульсное); приборы с квантованием параметров интенсивности (метод последовательного взвешивания или кодоимпульсный метод).

ЦИП пространственного квантования основаны на взаимодействии измеряемой величины (обычно линейное или угловое перемещение) x на квантующее устройство КВУ преобразующее перемещение в пропорциональное число импульсов. Импульсы подсчитываются пересчетным устройством ПУ и фиксируются устройством индикации УИ. ЦИП кодо-импульсного квантования измеряемую величину преобразует в код в результате последовательного сравнения с мерами из набора, образованного по определенным правилам. Код, образуемый в процессе этой операции, соответствует совокупности мер, воспроизводящих величину, наиболее близкую к значению измеряемой величины.

Список литературы

1. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям / Под ред. Э.Г. Атамалян. - М.: Высш. Шк., 1980

2. Гуревич В.Л. Международная стандартизация: учеб. - метод. пособие/ В.Л. Гуревич, С.В. Ляльков, О.И. Минченок - Мн.: БГУИР, 2004

3. Кострикин А.М. Теоретическая метрология: учеб. Пособие в 3-х ч. /А.М. Кострикин. - Мн.: БГУИР; 1999 - ч.1; 2000 - ч.2; 2001 - ч.3

4. Ревин В.Т. Преобразование и преобразователи информации : учеб. пособие в 5ч./ В.Т. Ревин. - Мн.: БГУИР; 2002 - ч.1; 2003 - ч.2; 2004 - ч.3; 2005 - ч.4; 2006 - ч.5

5. Радкевич Я.М. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник/ Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртладзе, Б.И. Лактионов - 3-е изд. - М.: Высшая школа, 2007 - 791с.

Размещено на Allbest.ru