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

76736. Анатомия ягодичной области 182.33 KB
  Характерный овал области формируется ягодичными мышцами покрытыми хорошо выраженной собственной фасцией и обеспечивающими человеку не только вертикальное положение тела но и передвижение на двух конечностях и сидение. Поверхностный ягодичный слой Большая ягодичная мышца крупнопучковая мощная сильно развита изза прямохождения и сидения. Мышца разгибает бедро поворачивает его кнаружи; напрягает подвздошноберцовый тракт что удерживает колено разогнутым. Срединный ягодичный мышечный слой Средняя ягодичная мышца с началом от...
76737. Передние мышцы и фасции бедра 182.5 KB
  В передней области бедра широкая фасция формирует влагалище для четырехглавой мышцы портняжной и тонкой. Подкожная щель овальная ямка формируемая широкой фасцией на передней поверхности бедра лежит на 56 см ниже паховой связки в бедренном треугольнике. Передние мышцы бедра Портняжная мышца с началом от передней верхней подвздошной ости и прикреплением к большеберцовой бугристости и фасции голени где сухожилие ее перекрещивается с сухожилиями тонкой и полусухожильной мышц образуя треугольную фиброзную пластинку с синовиальной сумкой.
76738. Предмет и содержание анатомии 183.43 KB
  Анатомия изучает внешние формы и внутреннее строение вплоть до микроскопического как всего человеческого организма так и отдельных его органов и тканей. Основными методами анатомического исследования являются вскрытие рассечение препарирование мертвого тела с осмотром измерениями описанием взвешиванием органов микроскопическим изучением отдельных органов группы органов или системы всего организма. Общая задача при изучении современной анатомии состоит в том чтобы системно рассмотреть внешние формы и внутренние структуры положение...
76739. Современные подходы к анатомическому исследованию 183.79 KB
  Они дополняются инъекцией сосудов полостей органов бальзамирующими растворами цветными контрастными наполнителями; просветлением и мумификацией коррозией изготовлением распилов замороженного тела по Н. Для ритуального бальзамирования древнеегипетских фараонов после вскрытия тела и извлечения внутренностей использовалось промывание пальмовым вином просаливание наполнение благовониями с последующим обматыванием трупа материей пропитанной воском благовониями и смолами и погружением в серию гробов саркофаги и пирамиды. Но существует и...
76740. Анатомия и медицина 183.07 KB
  Систематическая анатомия описывает строение нормального здорового человека по системам: костной суставной мышечной и т. она изучает методом системного подхода строение здорового нормального человека; в связи с этим полезно знать определение здоровья и нормы. Здоровье полное физическое психическое и социальное благополучие человека находящееся в равновесии с окружающей средой определение Всемирной организации здравоохранения ВОЗ.
76741. Основные методологические принципы анатомии 182.27 KB
  Из одной клетки создавать ткань орган системы органов и в целом весь организм пересаживать клетки и ткани человеку и животным. У человека различают следующие основные ткани: Эпителиальная покровная ткань т. Соединительная ткань собственная хрящевая костная состоящая из клеток коллагеновых и эластических волокон и основного гелеобразного вещества. Собственная соединительная ткань рыхлая и плотная имеет много разновидностей ретикулярная жировая пигментная волокнистая кровь и лимфа.
76742. Анатомия и медицина древней Греции и Рима 183.8 KB
  были обобщены все достижения современной ему анатомии. Гиппократ свел в единое руководство достижения современной ему анатомии используя первые рукописи в виде Анатомии Диоклесса трудов Алкмеона и своих собственных. Древнегреческая Александрийская медицинская школа в изучении анатомии стояла на передовых позициях.
76743. Анатомия эпохи Возрождения 183.2 KB
  В методику исследования органов вводятся новые способы: инъекции сосудов и полостей распилы костей консервация органов и тканей новые химические методы бальзамирования измерения и зарисовки органов с подробным описанием. Великий итальянский художник и ученый Леонардо да Винчи вскрывая трупы производил подробное и тщательное описание анатомических структур сразу же все зарисовывал дополнял измерениями; производил инъекции сосудов желудочков мозга; создавал модели органов чтобы понять их функцию. Позиции европейских университетов в...