Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем, страница 11

1.7) определяется выражением 7,3. Способы колтеисаиии и учета погрешности ~вых = ~~КЖ + К4 %2 "кЗ) где 8 — ЭДС источника питания; 5~ чувствительность плеча моста; Я~, Я4 и Я2, Рз — противолежащие плечи моста. Стрелками показаны условные направления деформаций под действием влияющих факторов.

Изменение температуры вызывает отклонение сопротивлений плеч моста от их номинальных значений, Тогда получаем Рис. 1.7. Схема тензорезис- тивного моста Уитстона 'ЯЯ вых1 Я' ~Р Р~1 + М ) + (ЯЯ4 + дддд4) (ЯЯ2 + Яддд2) (ФЗ + ддлЗИ* Я-1СЛИ Я-ОЧ д.)"ЯЯ2 Я-ОЯЗ Я-)Я4 тО дУ ВЫХ! ЯУ ВЫХ.

Случайная погрешность приводит к разбросу результатов при повторных измерениях. Часто ее компенсация представляет собой сложную задачу, однако иногда разброс можно устранить защитой измерительного канала. С этой целью используют температурную и вибрационную изоляции, электромагнитное экранирование и пр. Существует ряд схемотехнических решений — симметричные дифференциальные схемы, корреляционные методы обработки результатов и т.

д. Примером дифференциальной схемы является измерительный мост, позволяющий компенсировать синфазную случайную погрешность (если ее источник действует одновременно на все четыре плеча моста). Если же случайную погрешность устранить не удается, используют статистическую обработку результатов измерений в целях определения наиболее вероятного значения измеренной величины и погрешности датчика. Результаты измерений и их расхождение характеризуют еле';:::;- дующие показатели: математическое ожидание (среднее значение по множеству) у =~,у;/Ф, где Ж вЂ” число измерений; средняя квадратическая погрешность сну = дисперсия Й1у]=~~ 1у; — у ) /(Ш вЂ” 1). Если погрешности различных измерений нсзависимы между собой, то вероятность их появления описывается нормальным (Гауссовым) распределением Р(у).

У Уср РЫ= е о /2н 1З. Способы кол~пеисации и учета погрешности — а О +а погрешность градуировкн имеет к суммы равномерного и экснонснциал температурная погрешность имеет суммы треугольного асимметричного и погрешность от колебаний напря угольному закону, Закон распределения погрешнос мышленнОГО назначения обычно изве ры подчинены нормальному закону р ..;=;ж-.',::::":.,:-,,- :Применение рассмотре1шых выш датчика предполагает составление удобнее использовать интегральные точность датчика.

Постоянство датчика — это тако малая случайная погрешность (рис. высокая сходимость рсзульгатов изм 11равильностью (рис, 1,9, 6) наз результат с малой систсматичсско" значение измеряемой величины близ То шость обозначает способност !:...'.!.'!:: —.;;;:-::,:'-: дуально близкие к истинному знач ",-,~!~,"'.'-,".,",".,'--,,' 'Йоетоянс"гво и правилыгосгь датчикс менно. Точность численно выражает ',;!,-'--„"'-.',';-:;:::;:-.,:::-:: ческой сосгавляющих полной погре~ !'-.-"""-;:.„."",,'::;!"-::::-;:-,:' ~ппсрвал вокруг измеренного значсн ..'.;:М:.;':,,::;:-.: Иостыо находится истинное значсни В заклгочсннс сформулируем осн блгодать при разработкс датчиков роб омпозиционнос распределение в виде ьного законов; композиционное распределение в виде дискретного двузначного законов; жения питания распределена по тре- ти для электронных систем общспростен.

Например, шумы радиоаппаратуаспределсния (см. рис. 1.8, г). е характеристик для оценки точности паспорта датчика. Иногда для этого оценки: постоянство, правильность и е его свойство, для которого характерна 1.9, а). В этом случае обеспечивается ерений.. ывается способность датчика выдавать и погрешностью. (Наиболес вероятное ко к истинному,) ь датчика выдавать результаты, индивнению измеряемой величины. Высокие 1 (рис. ! .9, в) обеспсчиваготся одновреся через сумму случайной и систематишюсти. Она определяет доверительный ия, внутри которого с заданной вероятс измеряемой величины. овныс требования, которые следует соототсхнических и мсхатронных систем.

Рис. 1.8. Законы распредсления типовых погрешностсй: а — днскр~гный двузначный; б — — композиционный; а — равномерный; г — нормальный 1. Общие сведения о датчиках информационно-изиерительпых систеи Рис. 1.9. Криныс распределения выходной величины. характеризующие постоянство (а)„правильность ~б) и точность ~в) датчика ! . Вь1делить измеряемый параметр и выбрать методику его измерения. 2. Разработать структуру информационных модулей, максимально используя симметричныс и дифференциальные схемы. 3.

Определить влияюшие факторы и сформировать рабочие условия функционирования датчика. 4. Провести градунровку датчика и определить его функцию преобразования. 5. Вычислить относительную систематическую погрешность датчика. б. Провести серию испытаний и установить закон распределения случайной погрешности: вычислить математическое ожидание и дисперсию случайной погрешности; определить относительную случайную погрешность датчика. 7.

Рассчитать полную погрешность датчика и указать доверительный интервал. 8. Составить паспорт на датчик. Контрольные вопросы 1. Как определить полосу пропускания датчика? 2. Можно ли установить реальную функцию преобразования датчика? 3. Зависит лн динамическая чувствительность датчика от статической? 4. Обладает ли датчик псрвого порядка собственной частотой? 5. Какой парамсгр характеризует быстродействие дат'шка? 6. От каких параметров зависит собственная частота датчика второго по7, Какую погрешность — аддитивную или мультипликативную — вызывают климатические факторы? 8. Можно ли случайную погрешность сделать систематической? 9. В чем основное достоинство диспсрсионных оценок? 10.

Как связаны между собой средние квадратические погрешности при единичном измерении и при нескольких измерениях? 2. ЭЛЕМЕНТЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Основой любой информационной системы являсгся первичный преобразователь, или ЧЭ, изменяющий свое состояние под действием разнообразных факторов. В общем случае каждый ЧЭ реагирует на различныс воздействия, не являясь таким образом датчиком определенного параметра. Именно это обстоятельство привело к появлению погрешностей измерения. Предварительная обработка, в том числе и компенсация погрешностей, осуществляется измерительной цепью.

В нее кроме основных ЧЭ, предназначенных для измерения параметров сигналов, включают дополнительные компенсационные ЧЭ, служащие для устранения погрешностей, 2.1. Чувствительные элементы датчиков Среди ЧЭ, используемых в технике, будем рассматривать лишь тс, которые используются при формировании кинестетической, локационной, визуальной и тактильной сенсорных функций — основных функций робототехиических и мехатронных систем. В соответствии с физическим принципом, положенным в основу преобразования информации, различают следующие основные типы ЧЭ: рсзистивпые (в том числе тспзо- и фоторсзисторы); электромагнитные (индуктивные, индукционные и др.); преобразователи Холла; оптические; пьезоэлектрические.

2.1.1. Резистивные чувствительные элементы Резипливные ЧЭ нашли широкое применение во всех областях измерительной техники. Принцип их действия основан на измерении вариаций электросопротивления (далее — просто сопротивления) резистора А, определяемого по формуле В=р!/~, где р, ! и л — удельное электросопротивление, длина и сечение проводника соответсгвенно. Промышленно выпускают аналоговые и цифровые резистивные ЧЭ. Аналоговые резистивные ЧЭ изготовляют из проводников, полупроводников и проводящих жидкостей. Они имеют сопро'гивление в диапазоне 6 1;..10 Ом. Сопротивление цифровых ЧЭ, прсдставляющих собой разные 5! 2, Элементы ши~>орчацнстпих систем Основные параметры резис1ивиых ЧЭ Примечание.

Здесь и далее и — число оборотов вала, с — относительная погрешность; Й.и ~ — угловая и линейная скорали нала соответственно; Р— элсКгрическая мощность; 0, 1, т — диаметр,длина и масса Ч*) соо~нсгстнснно, Для измерения сил и микроперсмещеиий в качестве первичного . преобразователя информационных ' систем тактильной модальности используют теизорезостор, представляющий собой металлическую нить различной формы (рис.

2.1). Тензорезистор устанавливают на поверхности упругого элемента датчика. Возникающая в упругом элементе деформация вызь1вает изменение состояния Чэ в соответствии с явлением тензоэффекта. Диапазон Рис. 2.1. Фольговый (а) н полупроводни- новый Щ тензорезисторьс 1 — фольговая рс~петка; 2 — непронодягпая подложка; 3 — кремниевая пластинка коммутаторы ~тиристоры, фотоэлектрические ус'гройства и т. д.), практически неограниченно. Допуски на резистивные ЧЭ указывают в процентах в соответствиисоследующим рядом;0,001 0,002 0,005 0,01 ...1 2 5 10 20 ЗО. В системах управления при посз роении потеициометрических датчиков положения и перемещения широкого диапазона измерения используют переменные (проволочные и пленочные) резисторы, Их сравнительная характеристика приведена в табл, 2.1.

2. /. Чувствитевьпые элементы датчиков допустимых деформаций тензорезистора определяется необходимой точностью измерений и при погрешности 0,1 % составляет 10 ... 2 10 Тензоэффектом называется свойство проводников и полупроводников изменять электрическое сопротивление при деформации. У полупроводников теизоэффект связан с изменснием удельного электросопротивления, причем знак тензоэффекта зависит от типа проводимости материала, а значение — от кристаллографического направления. Принцип действия тензорезистора основан на законе Гука: где о., а~, Š— напряжение, линейная деформация и модуль Юнга соот- 8 !! ветственно. Так, для стали а = (2...8) 10 Па, Е = (1,8...2„9) 10 Па, для 6 9 свинца о=(5...10) 10 Па, Е=(5...18) 10 Па.

Сопротивление металлической нити Я = р1/5 при деформации изменяст- ся по закону ЛЛ Л( Ьз Лр И(1+ 2ч) Ьр (1 + 2~+ ~р)Л~ Н 1 ю р 1 р Здесь ~ — коэффициент Пуассона, равный отношению поперечной деформации к продольной, ~~ = — е~„„„l е!„„„,' /~ — коэффициент ньезосонротнв- И~ОД ~ р ления. В зоне линейной упругости ч = О,З. Для нити прямоугольного 2 сечения принимают я = аЬ, для нити круглого сечения — ю = кЯ, откуда следует Ьв~в =-~мЯ11. Тензочувствительность первичного преобразователя Б, определяется зависимостью ЛН1Р 5'„, = =1+2м+И . лы Слагаемое (1+2~) характеризует изменение 5 в зависимости от геометрии, а Ар — в зависимости ог свойств магериала. Тензочувствительность показывает„насколько относительное изменение сопротивления ЧЭ превосходит его относительную деформацию.