Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Електричними засобами вимірювань

Тема 2. Сумісність первинних перетворювачів з

- Метрологічнаіенергетичнасумісністьзасобіввимірювань,

щоз’єднуютьсяміжсобою

Велика різноманітність вимірюваних неелектричних величин

та параметрів технологічних процесів, з одного боку, і

прагнення до універсальності засобів вимірювань, з іншого,

зумовили необхідність побудови комплексних засобів

вимірювань за принципом агрегатування. Складовими

елементами комплексних засобів вимірювань є вимірювальні

перетворювачі, пристрої порівняння, пристрої спряження

(масштабуючі, лінеаризуючі, уніфікуючі перетворювачі,

універсальні електричні вимірювальні прилади).

Як вимірювальні перетворювачі, так і пристрої спряження,

що входять до складного засобу вимірювань, мають свої

метрологічні, конструктивні, експлуатаційні та інші технічні

характеристики. Завдання спряження цих елементів полягає у

виробленні єдиних вимог до цих елементів, виконання яких

забезпечує їх сумісність. Передовсім повинна забезпечуватись

так звана інформаційна сумісність, під якою розуміють таку

властивість засобів, що спрягаються, яка забезпечує

узгодженість їх вхідних та вихідних сигналів, зокрема, їх

робочих діапазонів. Це досягається уніфікацією сигналів

первинних перетворювачів або застосуванням допоміжних

узгоджувальних

пристроїв,

що

вмикаються

поміж

узгоджуваними засобами вимірювань (перетворювачем та

електричним вимірювальним приладом).

Необхідною умовою забезпечення метрологічної сумісності

є методологічна сумісність, нормування, синтез, ідентифікація

та прогнозування похибок засобів, що спрягаються. Це

досягається використанням єдиної математичної моделі похибок

окремих засобів вимірювань, єдиного способу нормування та

подання одноіменних характеристик, а також єдиних пристроїв

узгодження метрологічних характеристик.

Засоби вимірювань, які спрягаються між собою, повинні

також задовольняти вимогам енергетичної сумісності

(узгодженість вимог до параметрів джерел живлення),

конструктивної сумісності (узгодженість конструктивних

параметрів та можливість механічного спряження),

експлуатаційної (узгодженість експлуатаційних характеристик

щодо стійкості до дії зовнішніх чинників), а також надійнісної

(узгодженість характеристик надійності) сумісностей.

-Лінеаризаціяфункціїперетворення

Первинні

вимірювальні

перетворювачі,

зокрема

перетворювачі неелектричних величин в електричні, мають

звичайно нелінійну функцію перетворення. Тому при їх

спряженні з електричними вимірювальними приладами виникає

необхідність лінеаризації функції перетворення, тобто

одержання лінійної залежності вихідного сигналу засобу

вимірювань від значення вхідної вимірюваної величини.

Досягти лінійності функції перетворення первинного

перетворювача

можна

конструкторсько-технологічними

прийомами, зокрема використанням спеціальних матеріалів,

застосуванням відповідної технології виготовлення або

відповідного

конструктивного

виконання

елементів

перетворювача. Однак ці способи далеко не завжди забезпечать

з достатньою точністю лінійну функцію перетворення. Тому

часто вдаються до інших способів лінеаризації, наприклад,

побудови нерівномірних шкал в аналогових приладах або ж

використання алгоритмічних чи структурних методів.

Сукупність конструкторсько-технологічних, математичних,

структурних та інших методів, спрямованих на забезпечення із

заданою точністю лінійної функції перетворення, називають

лінеаризацією функції перетворення.

Структурні методи, суть яких полягає в застосуванні

коректувальних засобів, відповідно увімкнених у вимірювальне

коло, найуніверсальніші і порівняно нескладні при одночасному

забезпеченні необхідного ступеня наближення скоректованої

функції перетворення до необхідної. Найпростіша структурна

схема лінеаризації може бути подана у вигляді послідовного або

паралельного з’єднання первинного перетворювача ПП чи

іншого засобу вимірювань, функцію якого необхідно

лінеаризувати, та коректувального засобу КП. При їх

послідовномуз'єднанні (рис. 2.1,а) загальна функція

перетворення

( )

Y = F Y = F F X  . (2.1)

2 1

Оскільки скоректована функція перетворення повинна бути

лінійною, тобто

Y = kX (2.2)

то, враховуючи, що

( ) ( ) = kX (2.3)

F Y₂= F F X₂1

функція перетворення коректувального перетворювача повинна

мати вигляд

( ) −1 ( ) . (2.4)

F Y₂= kF

тобто обернена функція перетворення перетворювача, функція

перетворення якого коректується.

Рис. 2.1. Структурні схеми лінеаризації функції перетворення

Якщо, наприклад,

Y = a X a X , (2.5)

1 1

обернена функція

X = f ( )

то, оскільки з

має вигляд

a X₂+ a X Y₁− =₁0

− +a a²+

a Y

X =

2a₂

, (2.6)

функція перетворення коректувального перетворювача

( )

F Y

(

2 +

−

4a Y a

) (

)

2 + − , (2.7)

b Y b

2a₂

де k₁= k a₂і b a₁a₂ - сталі коефіцієнти.

Сумарна похибка засобу вимірювань з послідовною схемою

корекції в першому наближенні може бути оцінена сумою

відносних похибок коректованого та коректувального

перетворювачів:

ä ä_nn+ äкn^.

Отже, при лінеаризації за послідовною схемою до

коректувального перетворювача ставляться високі вимоги щодо

точності. Виконання цих вимог здебільшого пов’язано з

великими труднощами, тим більше, якщо необхідно забезпечити

відповідний вигляд функціїї перетворення коректувального

перетворювача.

Незважаючи на названі складності, послідовна схема

лінеаризації широко застосовується, особливо для лінеаризації

функцй перетворення перетворювачів неелектричних величин в

електричні. У цьому випадку корекція може здійснювавсь за

допомогою електричного коректувального пристрою, реалізація

необхідної функції перетворення якого не є такою складною.

Припаралельному з’єднанні коректувального перетворювача

(рис. 2.1, б) вихідний сигнал засобу вимірювань

Y = kX ( ) ( )

= F X + F X₂ (2.8)

= +Y Y₁2 1

а функція перетворення коректувального перетворювача

( ) ( ) = − F X( ) − kX  = −∆н^{( )}, (2.9)

F X₂= kX F X₁1

де

∆н^{( )}=

1^{( )}

F X − kX

похибка нелінійності функції

перетворення F X₁( ) .

Зведена до виходу відносна похибка при невеликих

нелінійностях основного перетворювача у цьому випадку

дорівнюватиме:

ä ≈ ä

Y Y

+ kä_Y2 , (2.10)

де

= ∆ н ( ) ( )kX - коефіцієнт впливу коректувального

перетворювача, значно менший від одиниці.

Отже, при корекції похибки від нелінійності за схемою (рис.

2.1,6) коректувальний пристрій може бути достатньо низької

точності. Дійсно, складова результівної похибки від

коректувального пристрою множиться на коефіцієнт k , який

значно менший за одиницю і тим менший, чим менший ступінь

нелінійності коректованого перетворювача.

Для лінеаризації функції перетворення параметричних

перетворювачів можна використати параметричну корекцію. У

цьому випадку параметричний перетворювач разом з

коректувальною ланкою КЛ утворюють параметричний

чотириполюсник (рис. 2.1 ,в), функція перетворення якого

Uвих⁼U Ö

0^{( )}. (2.11)

Своєю чергою, інформативний параметр Z первинного

перетворювача є деякою нелінійною функцією вимірюваної

величини X :

( )

Z = F X . (2.12)

Внаслідок лінеаризації вихідний сигнал повинен бути

пропорційний вимірюваній величині

Uвих⁼U kX₀. (2.13)

Умова лінеаризації виконується, якщо

Ö ( ) = F −1 ( ) . (2.14)

Звичайно коректувальними ланками параметричних

перетворювачів є мостові кола, в яких коректований

перетворювач є одним з плеч моста.

При

параметричній

корекції

використанням

диференціальних первинних перетворювачів поряд з

лінеаризацією можна одночасно виключити вплив зовнішніх

чинників на результат вимірювань. Дійсно, дія зовнішніх

чинників

на

окремі

перетворювальні

елементи

диференціального перетворювача призводить до появи в них

однакових похибок. При ввімкненні цих елементів у сусідні

плечі моста похибки від зовнішніх чинників у цих елементах

взаємно компенсуються, оскільки

Uвих⁼U₀Ö ( Z + ∆Z зв + ∆Z_x) ( Z + ∆Zзв − ∆Z_x)

 , (2.15)

де Z - інформативний параметр перетворювальних елементів

диференціального первинного перетворювача;

( )

∆Z_x= f X -

його зміна, викликана дією вимірюваної величини; ∆Z зв^-зміна,

викликана дією зовнішніх чинників.

-Послідовнаіпаралельнасхемикорекціїдинамічних

характеристикпервиннихперетворювачів

Засобам вимірювань, особливо електромеханічної групи,

властива певна інерційність. Тому при їх роботі в динамічному

режимі, тобто в режимі вимірювання миттєвих значень

швидкозмінних в часі величин, виникають так звані динамічні

похибки. Значення цих похибок зумовлюється динамічними

властивостями

засобів

вимірювань

та

частотними

характеристиками досліджуваного процесу.

Звичайно, проектуючи засоби вимірювань, призначені для

роботи в динамічному режимі, намагаються забезпечити

якнайкращі їх динамічні властивості, наприклад, зробити їх

практично безінерційними. Однак це пов'язано з великими

труднощами і має певні межі. Тому використовують інші

способи покращання динамічних характеристик засобів

вймірювань, зокрема схемні способи їх корекції.

Корекція динамічних характеристик засобу вимірювань

зводиться до корекції його передавальної функції

W s( ) за

допомогою

додаткового

коректувального

пристрою,

передаточна функція

W sк^{( )}якого визначається на основі

реальної

W s( ) та необхідної (номінальної) передавальної

функції скоректованого засобу.

Для корекції динамічних характеристик первинних

перетворювачів застосовують послідовну, (рис. 2.2,а;) або

паралельну (рис. 2.3,а) схеми корекції. При послідовній корекції

номінальна передавальна функція скоректованого засобу

вимірювань

( ) ( ) ( ) , (2.16)

Wном⁼

звідки

( ) ( ) ( ) . (2.17)

W sк⁼Wном

Якщо засіб вимірювань повинен мати у всьому частотному

діапазоні

Wном^{( )}= k , то передавальна функція коректувального

пристрою повинна мати вигляд:

( )

W sк⁼k W s . (2.18)

Останній вираз - це умова ідеальної корекції, яка при

переході до комплексних коефіцієнтів перетворення запишеться

у вигляді

( )

( ) e^jϕ ù_K( )

( )

K j

( )

−ϕ ù

. (2.19)

Якщо фазовий зсув вихідного сигналу не має значення,

ідеальна корекція може бути забезпечена за умови, що добуток

амплітудно-частотних характеристик коректованого та

коректувального засобів буде дорівнювати сталому значенню k .

Як видно з графіків амплітудно-частотних характеристик (рис.

2.2,б), коректувальний пристрій повинен послаблювати якраз ті

спектральні складові досліджуваного сигналу, які посилюються

коректованим пристроєм, наприклад, внаслідок резонансних

явищ, і підсилювати ті спектральні складові, які послаблюються

коректованим перетворювачем.

Рис. 2.2. Схема послідовної корекції динамічних характеристик

Необхідно, однак, відзначити, що на практиці умови

ідеальної корекції не існують. Здебільшого ставиться завдання

розширити частотний діапазон засобу вимірювань. У таких

випадках як реальну коректувальну ланку приймають пристрій з

комплексним коефіцієнтом перетворення

кр

( ) =

( ) (

)^{n m}1

, (2.20)

K j

1+ T jù

де T_c - стала часу скоректованого засобу вимірювання.

Для заданого діапазону вимірювань завжди можна

обмежитись таким граничним значенням сталої часу

скоректованого засобу вимірювань T_c<< T (тут T — стала часу

коректованого засобу), при якому можна вважати, що

комплексний коефіцієнт перетворення

Kкр^{( )}з достатньою

для практики точністю збігається з K_K( ) .

Рис.2.3. Схема паралельної корекції динамічних характеристик

При паралельній корекції (рис. 2.3, а) комплексний

коефіцієнт перетворення коректувального перетворювача може

бути визначений з умови:

Kном^{( )}= K j( ) + K_K( ) , (2.21)

звідки

K_K( ) = Kном^{( )}− K j( ) . (2.22)

Якщо для скоректованого засобу вимірювань повинно

забезпечуватись Kном^{( )}ù = k , то

K_K

( )

= −k K j . (2.23)

Як видно з графіків амплітудно-частотних характеристик

(рис. 2.3, б), коректувальний пристрій підсилює ті спектральні

складові досліджуваного сигналу, які ослабляються

коректованим перетворювачем, причому це підсилення до

такого рівня, за якого сумарний сигнал коректованого та

коректувального пристроїв у певному частотному діапазоні

практично частотно-незалежний.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Уніфіковані системи ДСП

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.