22170

Явления, эффекты, законы. Восстановление связей между состояниями вещества или предмета и внешними физическими полями

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В рассматриваемом курсе мы условно разобьем физические величины на ряд групп: пространственновременные физические величины; механические физические величины; тепловые физические величины; акустические физические величины; электромагнитные физические величины; оптические физические величины; ядерные физические величины; химические физические величины. Приборы позволяющие измерять перечисленные физические величины разнообразны по принципу работы используемым явлениям эффектам конструктивному исполнению параметрам...

Русский

2013-08-04

830.5 KB

2 чел.

Явления, эффекты, законы. Восстановление связей между состояниями вещества или предмета и внешними физическими полями.

1.Основные понятия о законах, явлениях, эффектах. Измеряемые параметры.

В основе получения информации о состоянии объекта (процесса), в широком смысле слова, лежит оценка взаимодействия физических полей различного рода с исследуемым объектом или влияющих факторов и их влияние на его состояние. В качестве принципов измерения используют большое количество и разнообразие различных физических явлений, эффектов, законов, открытых учеными при проведении уникальных научных исследований, которые зачастую не были направлены на получение каких-либо методов измерений. Известные Вам законы Ньютона, Ома, Максвелла, Вина, Паскаля, эффекты Зеемана, Джозефсона, Холла,  Месбауэра, Зеебека, явления пьезоэффекта, фотоэлектричества и т. д. позволяют строить (создавать) самые различные устройства для получения необходимой измерительной информации. Сложная взаимосвязь различных физических процессов, выражаемая различными явлениями и эффектами, подчиняются определенной закономерности. В рассматриваемом курсе мы условно разобьем физические величины на ряд групп:

- пространственно-временные физические величины;

- механические физические величины;

- тепловые физические величины;

- акустические физические величины;

- электромагнитные физические величины;

- оптические физические величины;

- ядерные физические величины;

- химические физические величины.

Приборы, позволяющие измерять перечисленные физические величины,  разнообразны по принципу работы, используемым явлениям, эффектам, конструктивному исполнению, параметрам точности. Но большинство из них можно объединить или рассматривать по типу структурных схем исполнения.

2.Измерительные преобразователи, понятия и определения.

Согласно ГОСТ 16263—70 Измерительным преобразователем называется средство измерений, служащее «для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем» (например, калиброванный шунт, измерительный трансформатор, аттестованная термопара).

Преобразуемая величина называется входной, а результат преобразования — выходной величиной. Соотношение между ними задается функцией преобразования (статической характеристикой). Если в результате преобразования физическая природа величины не изменяется, а функция преобразования является линейной, то преобразователь называется масштабным или усилителем (усилители напряжения, измерительные микроскопы, усилители тока). Слово «усилитель» обычно употребляется с определением, которое приписывается ему в зависимости от рода преобразуемой величины (усилитель напряжения, гидравлический усилитель) или от вида единичных преобразований, происходящих в нем (ламповый усилитель, струйный усилитель). В тех случаях, когда в преобразователе входная величина превращается в другую по физической природе величину, он получает название по видам этих величин (электромеханический, пневмоемкостный и так далее).

Хотя измерительные преобразователи являются конструктивно обособленными элементами, самостоятельного значения для проведения измерений в противовес мерам и измерительным приборам они подчас не имеют. Чаще они являются лишь составными частями более или менее сложных измерительных комплексов и систем автоматического контроля,   управления и регулирования.

По месту, занимаемому в приборе, преобразователи подразделяются на:

первичные, к которым подводится непосредственно измеряемая физическая величина

передающие, на выходе которых образуются величины, удобные для их регистрации и передачи на расстояние

промежуточные, занимающие в измерительной цепи промежуточное место ( как правило после первичных).

Измерительным прибором называют средство измерений, предназначенное для выработки сигнала в форме, доступной для непосредственного восприятия измерительной информации наблюдателем благодаря наличию отсчетного устройства (шкала с указателем, цифровое табло). Например, вольтметр, ваттметр, термометр.

Измерительные преобразователи и приборы объединяют общим названием — измерительные устройства.

Измерительной установкой называют совокупность функционально объединенных средств измерений (мер, измерительных преобразователей и приборов) и вспомогательных устройств (стабилизирующих, переключающих и др.), предназначенных для выработки сигнала в форме, удобной для непосредственного восприятия измерительной информации наблюдателем, и расположенных в одном месте (например, установка для испытаний ферромагнитных материалов, установка для измерений удельного сопротивления электротехнических материалов).

Измерительная система — совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединенных между собой каналами связи, предназначенных для автоматического сбора измерительной информации и выработки сигналов в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и (или) использования измерительной информации в автоматизированных системах управления.

Измерительные системы являются разновидностью информационно-измерительных систем, к которым относятся также системы автоматического контроля, системы технической диагностики и системы опознавания образов. Информационно-измерительные системы входят в состав автоматизированных систем управления.

3.Схемы преобразователей (последовательные, дифференциальные, логометрические, компенсационные)

Структурные схемы измерительных преобразователей во многом определяют его свойства.

Более простые схемы дешевле и надежнее, но имеют худшие метрологические характеристики.

а) Последовательная схема соединения преобразователей.

Простейшая схема – схема последовательного преобразования. Это схема, в которой входная величина каждого последующего преобразователя меняется выходной величиной предыдущего. Входная величина 1 преобразователя – измеряемая величина. Различные преобразователи могут различаться по сложности. Рассмотрим схему последовательного преобразователя, показанную на рисунке 1.

Рис. 1.

S – чувствительность i-го преобразователя.

         (1)

        (2)

Где  – погрешность 1-го преобразователя;

 – погрешность 2-го преобразователя;

 – погрешность n-го преобразователя;

Чувствительность преобразователя, имеющего последовательно соединенные звенья, определяется следующим образом:

     (3)

Приведенная погрешность схемы последовательного преобразования определяется как сумма приведенных погрешностей отдельных звеньев.

     (4)

где  – приведенная погрешность i-го звена.

Формула (4) применима для случайных систематических погрешностей.

Для случайных погрешностей, если функция преобразования пропорциональная (линейная), приведенная среднеквадратическая погрешность схемы определяется как

    (5)

где – приведенная среднеквадратическая погрешность соответствующего элемента.

Достоинства схемы последовательного преобразования – простота, дешевизна. Недостатком является высокая погрешность.

б) Дифференциальная схема соединения преобразователей.

Дифференциальная схема состоит из двух каналов с последовательно соединением преобразователей, причем выходные сигналы каждого канала подаются на два входа вычитающего преобразователя. Вычитающий преобразователь имеет два входа, а выход – разность величин этих входов.

        (6)

Дифференциальная схема соединения преобразователей показана на рисунке 2.

Рис. 2.

Оба канала делаются одинаковыми по чувствительности и погрешности. Дифференциальные схемы могут работать в двух режимах:

Первый режим – измеряемая величина воздействует на вход одного канала (x1); на вход другого канала (x2) – действует физическая величина той же природы, но имеющее постоянное значение (например, равна ”0”). Второй канал компенсирует погрешность, вызываемую условиями работы прибора.

Второй режим – измеряемая величина после определенных преобразований поступает на оба канала, но различна по знаку или по модулю.

Рис.3.

Для первого случая включения чувствительность схемы

        (7)

где  – чувствительность каждого канала.

Для схемы второго типа чувствительность в 2 раза больше.

       (8)

При наличии аддитивных составляющих погрешностей

       (9)

Где – аддитивная составляющая погрешностей, а они равны между собой, так как каналы идентичны, тогда

     (10)

т. е. в дифференциальных схемах аддитивные составляющие погрешностей взаимокомпенсируются.

в) Логометрическая схема соединения преобразователей.

Логометрическая схема соединения преобразователей содержит два канала с последовательным соединением преобразователей. Выходные величины каналов подаются на логометрический преобразователь, который имеет два выхода, а его выходная величина является отношением (частотным) от выходных величин.

        (11)

Логометрическая схема соединения преобразователей изображена на Рис. 4.

Рис. 4.

Оба канала идентичны и находятся под действием одинаковых факторов (в одинаковых условиях)

         (12)

Где  S – чувствительность ().

       (13)

т. е. выходная величина данной схемы не зависит от изменения чувствительности каналов, следовательно, схема не чувствительна к мультипликативным погрешностям.

Измерительные электрические схемы с использованием гальванометров (например, мостовая) очень критичны к непостоянству напряжения питания. Логометрические схемы устраняют этот недостаток.

г) Компенсационная схема преобразования.

Данные схемы имеют обратные связи и могут быть представлены в следующем виде, как на Рис.5.

Рис.5.

Вход x подается на один из входов вычитающего преобразователя. На другой его вход подается сигнал xОС, той же физической природы. Величина сигнала обратной связи зависит от величины выходного сигнала ”y”. Разность сигналов  подается в цепь прямого преобразования ”1”.

Для линейных преобразователей ”1” и ”2”

        (14)

.         (15)

Где  и – чувствительность преобразователей.

    (16)

Отсюда

     (17)

Как правило , имеет значительную величину, отличающуюся от 1, при этом входная величина x может быть равна величине цепи обратного преобразования xОС, т. е. .

Выходная величина ”y” во многом определяется параметрами обратной связи или ее чувствительностью, а не прямым каналом преобразования.

Канал обратной связи должен иметь высокую точность, что обеспечит точность схемы в целом.

Чувствительность данной схемы может быть вычислена следующим образом:

        (18)

Компенсационная схема позволяет устранять аддитивную составляющую погрешности и  значительно уменьшить мультипликативную погрешность, вносимую 1-ым каналом (изменение S1).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9579. Експертні оцінки. Ранжування об’єктів. Коефіцієнт конкордації 332 KB
  Експертні оцінки. Ранжування обєктів. Коефіцієнт конкордації. Мета роботи: Ознайомлення з оцінками ступеню узгодженості думок експертів Завдання 1. Для вирішення проблеми придбання програмного забезпечення групі спеціалістів запропоновано в...
9580. Експертні оцінки. Коефіцієнт конкордації з урахуванням звязаних рангів 393.5 KB
  Експертні оцінки. Коефіцієнт конкордації з урахуванням зв’язаних рангів  Мета роботи: Закріплення навичок оцінки ступеню узгодженості думок експертів Для обчислення кількості повторень кожного рангу в експертних оцінках можна використати вбуд...
9582. Тембр и вибрация голоса 28 KB
  Тембр и вибрация голоса Тембр голоса каждого человека представляет собой одно из наиболее характерных индивидуальных свойств, отличающих его от других людей. Основные характерные элементы тембра каждого голоса можно считать величиной постоянной, не ...
9583. Грудной и головной резонаторы в процессе голоса образования 16.34 KB
  Грудной и головной резонаторы в процессе голоса образования Если вы когда-либо слышали свой собственный голос в записи, то наверняка удивлялись тому, каким он оказывался слабым, глухим, незнакомым. Быть может, вы, как большинство людей, в так...
9584. Гигиена голоса и профилактика его нарушения 16.14 KB
  Гигиена голоса и профилактика его нарушения Гигиена голоса - совокупность мер по сохранению высокой работоспособности голосового аппарата. Созревание голоса охватывает длительный период жизни человека: с рождения до периода его зрелости...
9585. Значение произнесения скороговорок для развития четкой дикции. 16.89 KB
  Значение произнесения скороговорок для развития четкой дикции. Под дикцией понимается четкое, ясное и отчетливое произношение всех звуков родного языка с правильной их артикуляцией при четком и внятном произнесении слов и фраз. Четкое и ясное произн...
9586. Упражнения по постановке голоса 17.69 KB
  Упражнения по постановке голоса У лекторов, учителей, дикторов, актеров, представителей других профессий, требующих напряжения голосового аппарата, к концу дня нередко возникают неприятные ощущения в области глотки. Со временем к этому может присоед...