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

21176. Тест начального включения — POST 67.5 KB
  POST выполняет тестирование процессора памяти и системных средств вводавывода а также конфигурирование всех программноуправляемых аппаратных средств системной платы. Часть конфигурирования выполняется однозначно часть управляется джамперами системной платы но ряд параметров позволяет или даже требует конфигурирования по желанию пользователя. Однако для использования такой диагностики необходима вопервых сама платаиндикатор и вовторых словарь неисправностей таблица специфическая для версии BIOS и системной платы. Если не...
21177. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ. ЕСТД. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА (ТПП). ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ 37 KB
  ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ Состав и правила выполнения технологической документации определяется ГОСТ 3.1001 81 Единой системой технологической документации ЕСТД. Она представляет собой комплекс государственных стандартов и руководящих нормативных документов устанавливающих взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки комплектации оформления и обращения технологической документации применяемой при изготовлении и ремонте изделий контроль испытания и перемещения. Основное назначение ЕСТД в установлении во всех организациях и на...
21178. Алгебраїчні доповнення. Обчислення детермінантів 341.5 KB
  Означення алгебраїчного доповнення елементу детермінанта. Такий детермінант називається алгебраїчним доповненням елемента даного детермінанта і позначається як : 6. Детермінант дорівнює сумі добутків елементів будьякого рядка детермінанта на їх алгебраїчні доповнення.3 Доведення: Додамо до кожного елементу mго рядка детермінанта 6.
21179. Ранг матриці. Елементарні перетворення матриці 204 KB
  Елементарні перетворення матриці. Визначення рангу матриці. Такий детермінант називається мінором матриці kго порядка.
21180. Системи лінійних алгебраїчних рівнянь загального виду. Теорія Кронекера-Капеллі. Метод Гаусса 237.5 KB
  Система називається сумісною якщо вона має хоча б один розв язок тобто хоча б один стовпець який перетворює рівняння 9.1 в тотожність і несумісною якщо вона не має розв язків. Система називається означеною якщо вона має один розв язок і неозначеною якщо вона має розв язків більше одного. Аналіз систем рівнянь повинен дати відповідь на два питання чи сумісна система тобто чи має вона розв язок і якщо сумісна то чи вона означена чи ні.
21181. Лінійні простори. Базис. Розмірність. Ізоморфізм просторів 366 KB
  Але наприклад множина додатніх чисел не утворює лінійного простору по відношенню до звичайних операцій додавання та множення бо в цьому разі нема протилежного числа воно повинно бути відємним а значить не буде належати цій множині. Але множина векторів з якої вилучені вектори колінеарні заданій прямій не утворює лінійного простору бо завжди можна знайти такі два вектори які в сумі дадуть вектор колінеарний цій прямій тобто сума не буде належати множині. 4 Множина матриць заданого розміру якщо додавання матриць та множення на...
21182. Перехід до нового базису. Орієнтація базиса. Скалярний добуток. Евклідовий простір 361.5 KB
  Орієнтація базиса. Перехід до нового базиса. Хай в пвимірному лінійному просторі вибрані два базиса: та .2 Таким же чином і кожний вектор базиса можна розкласти по базису : .
21183. Нормовані простори. Ортонормований базис. Процес ортогоналізації 336.5 KB
  Ортонормований базис. А значить в пмірному просторі п попарно ортогональних елементів можна брати як базис. Такий базис називається ортогональним. Ортонормований базис.
21184. Пряма на площині. Рівняння площини 385.5 KB
  Це є вектор перпендикулярний до прямої. Задання прямої за допомогою нормального вектора базується на теоремі про те що через задану точку можна провести лише одну пряму перпендикулярну заданій прямій. Пряма з нормальним вектором Умовою перпендикулярності прямої і вектора є рівність нулю скалярного добутку 14.3 повністю задає пряму тобто кожна поточна точка прямої відповідає цьому рівнянню.