ОБЩИЕ СВОЙСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

В общем виде ИП представляет собой техническое устройство, имеющее вход (один или несколько) и выход. На вход подобного устройства поступает совокупность физических величин, характеризующих изучаемый физический объект, например на вход амперметра поступает электрический ток, характеризуемый его формой, частотой, напряжением, фазовым сдвигом между током и напряжением, мощностью и т.д. Потребителя информации интересует одна из величин X, в частности величина тока. В общем случае подлежащая определению физическая величина X изменяется во времени, т.е. X = X(t), где t момент времени от какого-то условного начала отсчета (начала эксперимента, календарного года и т.п.).

Поскольку физические объекты обладают совокупностью физических величин, на вход ИП поступают кроме X(t) и те величины, которые не подлежат измерению (в нашем примере это напряжение, форма тока, частота, и т.д.); они называются неинформативными параметрами входного сигнала. Кроме того, на ИП воздействуют факторы окружающей среды, изменяющие (часто существенно), свойства ИП. Указанные факторы называются влияющими величинами, и их значения обозначаются так же E)j.

Сам ИП взаимодействует с измеряемым физическим объектом (например, потребляет от объекта измерений часть мощности), изменяя значение измеряемой величины X(t); обозначим результат взаимодействия через N.

При создании ИП предполагалось, что он будет выполнять некоторое точно известное преобразование входной величины X(t) в выходную величину Y (t) по выбранной функции^, называемой номинальной функцией преобразования. При отсутствии влияния ИП на объект измерения (т.е при N = 0) и постоянных, заранее оговоренных в документации значениях влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала i(указанные условия называются нормальными):

Очевидно, что функция преобразования должна обеспечивать однозначную зависимость выходной величины преобразователя от входной: увеличение или уменьшение значения входной величины X должно вызывать соответствующее увеличение (или уменьшение) значения выходной величины Y. Желательно технически реализовать функцию, имеющую простое математическое описание и обеспечивающую возможно простую зависимость выходной величины от входной.

Всем указанным требованиям в максимальной степени отвечает линейная функция У = (S ? X) + У0. Для ее описания достаточно двух параметров: начального значения выходной величины У0 (нулевого уровня), соответствующего нулевому (или какому-либо другому характерному) значению входной величины X, и показателя относительного наклона характеристики S = dY/dX, называемого чувствительностью преобразователя.

Чувствительность преобразователя — это, как правило, именованная величина с размерностью, равной отношению размерности выходной величины У к размерности входной величины X. Например, обычный ртутный термометр, в котором температура преобразуется в длину столбика ртути в капилляре, имеет размерность чувствительности м/°С, а термоэлектрический термометр, у которого выходным параметром является электрическое напряжение, — В/°С.

На практике, к сожалению, чаще всего не удается найти такое преобразование входной величины X(t), чтобы на выходе ИП сигнал Y=f(X) был строго пропорционален величине входного воздействия. Например, преобразование давления в частоту вибрационно-частотным ИП происходит по уравнению, в котором входная величина стоит под знаком квадратного корня; уравнение преобразования криогенной температуры в сопротивление платинового термометра описывается уравнением 12-й степени и т.д. Как следствие, чувствительность преобразования S = dY/dX не остается постоянной по диапазону входной величины.

Преобразователь в реальных условиях применения (называемых рабочими условиями измерений) всегда имеет некоторые отличия от идеальной модели ИП:

  • • функция преобразования / несколько отличается от теоретической модели /н;
  • • выходной сигнал Y(t) преобразователя в момент времени t соответствует входной величине X в момент времени t —т, где т — время реакции преобразователя;
  • • значения неинформативных параметров входного сигнала и влияющих величин не совпадают с номинальными значениями ?;
  • • влияние ИП на объект измерения N отличен от нуля.

По указанным причинам результат преобразования Y(t) в момент времени t имеет вид

Разность выражений (5.2) и (5.1) определяет погрешность преобразования AY(0 значения физической величины^/). Естественно, на практике стремятся добиться того, чтобы погрешность преобразования AY(0 была существенно меньше выходного сигнала преобразователя Y(t).

Рассмотрим отдельные источники появления погрешности преобразования:

  • основная погрешность — это погрешность, обусловленная неиде- альностью собственных свойств ИП, т.е. отличием реальной характеристики преобразования /от номинальной /н при нормальных условиях применения ИП;
  • дополнительная погрешность — погрешность результата преобразований, обусловленная реакцией преобразователя на изменения влияющих величин и неинформативных параметров входного сигнала относительно их номинальных значений;
  • динамическая погрешность — обусловлена инерционностью ИП и скоростью изменения входного сигнала;
  • • погрешность, которая образуется в результате влияния ИП на объект измерений (или на другой ИП, подключенный к входу или выходу анализируемого ИП).

Смысл разделения погрешности преобразования на различные составляющие заключается в том, что изучение каждой составляющей погрешности, уменьшение или исключение отдельных составляющих {парирование погрешности) ведется разными способами и конструкторскими решениями.

Необходимо еще раз отметить, что непостоянство свойств самого ИП, скорости изменения измеряемой физической величины, неинформативных и влияющих параметров предполагают описание их моделей в общем случае понятиями и терминами случайных величин, которые изложены в гл. 4. Все перечисленные составляющие погрешности ИП относятся к инструментальной погрешности, о которой упоминалось в гл. 4.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >