Lct_mes2 (Теоретическая механика лекции из МАИ (ворд)), страница 2

На рис. 20 в качестве примеров представлены графики некоторых из перечисленных характеристик первого и второго порядка, чему соответствуют индексы у обозначений этих характеристик. Переходная характеристика и импульсная переходная характеристики второго порядка имеют колебательный характер, амплитудно-частотная характеристика может иметь максимум, а ее фазо-частотная характеристика с увеличением частоты стремится к (- /2). Фазо-частотные характеристики всех физически реализуемых динамических звеньев отрицательны. Это говорит о том, что преобразование изменяющихся во времени величин сопровождается запаздыванием, различным на различных частотах.

В ряде случаев достаточными для применения оказываются менее подробные частные динамические характеристики, такие как время реакции средства измерений (см. рис. 20) и граничные значения частот, между которыми амплитудно-частотная характеристика отклоняется от своего номинального значения не более, чем на заданную величину. На рис. 20 показана лишь верхняя частота частотной полосы.

Время реакции средства измерений (response time) - интервал времени между моментом скачкообразного изменения сигнала на входе средства измерений и моментом, начиная с которого выходной сигнал отличается от своего установившегося значения не более, чем на заданную величину (например, не более, чем на предел допускаемой основной погрешности).

Динамическими характеристиками цифровых средств измерений являются:

- максимальная частота измерений (число измерений в единицу времени),

- длительность цикла одного преобразования.

- погрешность датирования отсчетов, в качестве которой в большинстве случаев используется длительность цикла преобразования.

Динамические характеристики цифроаналоговых преобразователей и программно управляемых калибраторов:

- максимальный темп смены входного кода при условии обеспечения установления значения выходной величины с нормированной точностью,

- время реакции на смену входного кода.

При управлении цифровым измерительным прибором, аналого-цифровым преобразователем, ЦАП или калибратором от компьютера значения перечисленных характеристик должны указываться с учетом быстродействия элемен­тов используемого интерфейса, управляющих программ и компьютера.

3.5.4. Характеристики взаимодействия с объектом

и внешними средствами измерений

Характеристиками свойств средства измерений, отражающими их способность к взаимодействию с внешними объектами или устройствами, являются:

- диапазон изменения измеряемой величины на входе средства измерений (диапазон измерения),

- входное сопротивление (или входной импеданс, или сила потребляемого от объекта тока) - для средств измерений силы тока, напряжения, мощности, электрической энергии, измерительных преобразователей с электрическим входным сигналом),

- выходное сопротивление (или выходной импеданс) - для аналоговых измерительных преобразователей с электрическим выходным сигналом,

- другие характеристики средств измерений, отражающие их способность влиять на объект измерения, на информативные параметры сигнала измеряемой величины,

- вид выходного кода, количество разрядов выходного кода аналого-цифровых преобразователей и цифровых приборов, снабженных устройствами связи с компьютером (процессором),

- вид входного кода, количество разрядов входного кода, цена единицы младшего разряда входного кода ЦАП и кодоуправляемых калибраторов.

1. Метрологические характеристики

аналоговых измерительных приборов

Метрологические характеристики, нормируемые для аналоговых измерительных приборов:

- диапазон изменения измеряемой величины,

- предел допускаемой основной приведенной погрешности, выражается в %%,

- собственное сопротивление или импеданс (нормируется только для электроизмерительных приборов),

- предел допускаемой дополнительной погрешности, выражается в долях (обычно 0.5 или 1.0) от предела допускаемой основной приведенной погрешности и нормируется для каждой влияющей величины раздельно.

Основная погрешность аналоговых измерительных приборов нормируется без разделения на мультипликативную и аддитивную составляющие. Случайная составляющая погрешности подобных приборов практически отсутствует, если не считать возможного случайного характера погрешности от трения подвижных частей.

Приведенная погрешность нормируется с целью избавиться от размера измеряемой величины. Абсолютная погрешность D приводится к некоторому условному нормирующему значению измеряемой величины , и для нее во всем диапазоне изменения измеряемой величины устанавливается предел допускаемых значений

,

откуда следует, что основная абсолютная погрешность средства измерений, пригодного к применению, в любой точке диапазона измерений должна удовлетворять неравенству

В зависимости от типа прибора, диапазона значений измеряемых величин, от принципа действия и от состава погрешностей нормирующие значения могут быть выбраны из числа следующих:

(модуль максимального значения в диапазоне измерения),

(модуль текущего значения измеряемой величины),

(ширина диапазона значений измеряемой величины),

Аналоговым измерительным приборам с непосредственным отсчетом присваивается класс точности (class index), который обозначается числом, равным пределу допускаемой основной приведенной погрешности . Стандартом ГОСТ 8.401 “Государственная система обеспечения единства измерений. Классы точности средств измерений. Общие требования” предписывается выбирать значение из следующего ряда чисел:

, где n = 1, 0, -1, -2, .... Значения, указанные в скобках, не рекомендованы и используются в порядке исключения. Обозначение класса точности прибора обычно изображается на шкале или лицевой панели прибора различным образом в зависимости от принятого для приборов данного типа нормирующего значения:

- обозначение класса точности прибора при (нормируется при превалирующем перевесе аддитивной погрешности над мультипликативной),

- обозначение класса точности прибора при (нормируется при малости аддитивной погрешности по сравнению с мультипликативной),

- обозначение класса точности прибора при (нормируется, когда нулевое значение измеряемой величины находится либо внутри диапазона, либо вне его).

- обозначение класса точности прибора ( как правило, аналогового омметра), численно равное выраженному в %% отношению максимального в диапазоне измерения значения погрешности в миллиметрах длины шкалы к длине всей шкалы в миллиметрах.

Единственная динамическая характеристика, которую имеет смысл нормировать для аналоговых приборов, это время установления показаний, то есть время реакции, которое для всех подобных приборов равно, по умолчанию, примерно 1 с и специально не указывается.

1. Метрологические характеристики

цифровых измерительных приборов

Цифровые измерительные приборы, как правило, электронные, выполняют измерения в дискретные моменты времени по сигналу запуска, который может периодически вырабатываться в самом приборе, подаваться тем или иным способом вручную или от внешних устройств, например, от компьютера. Индикация результата выполняется в цифровом виде. Обычно цифровые приборы имеют возможность обмена информацией с компьютером и тогда результат измерения передается в память компьютера также в цифровом виде. В связи с этим неизбежно округление результатов. Абсолютная погрешность, возникающая от округления, является аддитивной и не превышает цены единицы младшего разряда выходного кода или цифрового табло прибора.

В большинстве случаев при нормировании характеристик погрешности цифровых приборов учитываются обе составляющие погрешности: мультипликативная и аддитивная. Поэтому для цифровых приборов основная относительная погрешность нормируется линейной функцией от измеряемой величины. Поскольку нормирующая функция линейна, для ее представления достаточно двух чисел, которые являются коэффициентами нормирующей двучленной формулы. Эта формула выводится из общего выражения для абсолютной инструментальной погрешности (13). Коэффициенты двучленной формулы выражаются в процентах.

С целью получения выражения для относительной погрешности разделим обе части равенства (13) на x:

=

= .

Таким образом, если будут установлены такие значения с > 0 и d > 0, что

, ,

то пределы допускаемой основной относительной погрешности могут быть нормированы в соответствии с ГОСТ 8.401 двучленной формулой:

, (27)

в которой значения коэффициентов c и d выбираются из ряда чисел, приведенного в предыдущем пункте (см. также п. 3.1.3.).

Обратимся снова к абсолютной инструментальной погрешности:

.

Из последних двух выражений следует, что допускаемые значения абсолютной инструментальной погрешности цифрового прибора, как и предельные значения погрешностей результатов измерений (см. п. 3.1.3, рис.12), могут быть ограничены двумя прямыми линиями, показанными на рис.12, 21. В начале диапазона измерения при x = 0 погрешность определяется только аддитивной составляющей , а d есть не что иное, как предел допускаемой приведенной аддитивной погрешности. В конце диапазона при , как это следует из двучленной формулы, пределом допускаемой приведенной погрешности является коэффициент c.

Метрологические характеристики, нормируемые для цифровых приборов:

- диапазон измерения,