Основы метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации (стр. 1 из 3)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1.Структурные схемы приборов прямого и уравновешенного преобразования

1.1.Средства измерений прямого преобразования

1.2.Средства измерений уравновешивающего преобразования

2.Время-импульсный цифровой вольтметр

3.Задача 1.14

4.Задача 4.07

5.Задача 6.07

Выводы

Литература

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

Проблема качества изделий электронной техники охватывает широкий круг вопросов, при решении которых существенное значение имеют взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения.

Взаимозаменяемость связывает в единое целое конструирование, технологию производства и контроль изделий.

Стандартизация и унификация деталей и элементов конструктивной и схемотехнической базы электронной аппаратуры способствуют ускорению и удешевлению конструирования и производства изделий.

Разработка, изготовление и эксплуатация электронной аппаратуры сопряжено с выполнением большого числа измерений. При этом получаемая измерительная информация может быть использована как в целях собственно измерения (нахождения значений физических величин), так и для выработки соответствующих суждений в процедурах контроля и диагностики и управляющих воздействий в системах управления. Так как измерительная техника является основным средством получения объективной информации о свойствах используемых объектов, то повышение качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обеспечения производства и состояния измерительной техники. Совершенствование электронной аппаратуры требует опережающего развития метрологии., поскольку для разработки аппаратуры с улучшенными техническими характеристиками необходимы более точные методы и средства технического контроля.

Цель курса «Основы метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации» - дать представление о месте и роли метрологии, взаимозаменяемости и стандартизации в решении задач повышения технического уровня и качества изделий электронной техники; дать основы знаний по теории измерений и теории погрешностей измерений; дать общие сведения о взаимозаменяемости и ее размерной составляющей, о размерах и допусках на размер, о различных характерах соединений деталей и способах их обеспечения; дать основные понятия в области стандартизации, ее нормативных документах, о стандартизации в различных сферах деятельности человека.

Цель контрольной работы – изучить основные понятия и опреределения в области метрологии, основные вопросы теории измерений, теорию погрешностей измерений.

1. Структурные схемы приборов прямого и уравновешенного преобразования

1.1 Средства измерений прямого преобразования

Структурная схема средства измерений прямого преобразования показана на рис. 1.1, где П₁, П ₂,.... П_n— звенья; х₁, x₂, ..., х_п— информативные параметры сигналов. В дальнейшем при математическом анализе информативные параметры будут именоваться сигналами или величинами.

Рис. 1.1. Структурная схема средства измерений прямого преобразования

Как видно из рис. 1.1, входной сигнал х последовательно претерпевает несколько преобразований и в конечном итоге на выходе получается сигнал х_п.

Для измерительного прибора сигнал х_п получается в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, например в виде отклонения указателя отсчетного устройства. Для измерительного преобразователя сигнал х„ получается в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения.

Примером электроизмерительного прибора, имеющего структурную схему прямого преобразования, может быть амперметр для измерения больших постоянных токов. В этом приборе измеряемый ток вначале с помощью шунта преобразуется в падение напряжения на шунте, затем в малый ток, который измеряется измерительным механизмом, т. е. преобразуется в отклонение указателя.

Чувствительность (коэффициент преобразования) средства измерений, имеющего структурную схему прямого преобразования,

S=

= …. =k₁,k₂….k_n(1.1)

где k₁ =

; k₂ = ;…….;k_n = - коэффициенты преобразования отдельных звеньев. При нелинейной функции преобразования чувствительность и коэффициенты преобразования зависят от входного сигнала.

Мультипликативная погрешность возникает при изменении коэффициентов преобразования. С течением времени и под действием внешних факторов коэффициенты k₁, k₂.....k_nмогут изменяться соответственно на Δk₁, Δk₂,….., Δk_n. При достаточно малых изменениях этих коэффициентов можно пренебречь членами второго и большего порядка малости, и тогда относительное изменение чувствительности

ΔS/S = Δk_l/k_l+Δk₂/k₂ + ...+Δk_n/k_n. (1.2)

Изменение чувствительности приводит к изменению выходного сигнала на Δх_п=(S+ΔS)x-Sx=ΔSx. Этому изменению выходного сигнала соответствует абсолютная погрешность измерения входной величины

Δх_п= Δх_п/S= xΔS/S. (1.3)

Как видно из выражения (1.3), погрешность, вызванная изменением чувствительности, является мультипликативной. Относительная мультипликативная погрешность измерения δ_м = = ΔS/S.

Аддитивная погрешность вызывается дрейфом «нуля» звеньев, наложением помех на полезный сигнал и т. д., приводящих к смещению графика характеристики преобразования i-го звена на

Δx_oi, как показано на рис. 1.2. Аддитивную погрешность можно найти, введя на структурной схеме после соответствующих звеньев дополнительные внешние сигналы Δх_о1, Δх_о2,….,Δх_0п, равные смещениям характеристик преобразования звеньев.

Рис. 1.2. Характеристика преобразования звена

Для оценки влияния этих дополнительных сигналов пересчитаем (приведем) их к входу структурной схемы. Результирующее действие всех дополнительных сигналов равно действию следующего дополнительного сигнала на входе:

Δx₀ = Δx₀₁/k₁+ Δx₀₂/(k₁k₂)+... + Δx_0n/(k₁k₂...k_n). (1.4)

Результирующая аддитивная погрешность равна Δх_о. Таким образом, как следует из (1.2) и (1.3), в средствах измерений, имеющих структурную схему прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными звеньями, и это затрудняет изготовление средств измерений прямого преобразования с высокой точностью.

1.2 Средства измерений уравновешивающего преобразования

Структурная схема средства измерений уравновешивающего преобразования показана на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема средства измерений уравновешивающего преобразования

Для цепи обратного преобразования (обратной связи)

x_m^` = x_nβ₁β₂ …. β_m= x_nβ(1.5)

где β— коэффициент преобразования цепи обратного преобразования;

β₁ , β₂, .., β_m— коэффициенты преобразования звеньев обратной связи.

На входе цепи прямого преобразования в узле СУ происходит сравнение (компенсация) входного сигнала х и выходного сигнала цепи обратного преобразования х'_mи при этом на выходе СУ получается разностный сигнал Δх = х — х'_m.

При подаче на вход сигнала х выходной сигнал х_n, а следовательно, и х'_m, будут возрастать до тех пор, пока х и х'_т не станут равны. При этом по значению х_n можно судить об измеряемойвеличине х.

Средства измерений, имеющие такую структурную схему, могут работать как с полной, так и с неполной компенсацией.

При полной компенсации в установившемся режиме

Δх = х — х_т = 0. (1.6)

Это возможно в тех устройствах, у которых в цепи прямого преобразования предусмотрено интегрирующее звено с характеристикой преобразования х_i=

(x_i-1)dt. Примером такогозвена является электродвигатель, для которого угол поворота вала определяется приложенным напряжением и временем. В этом случае, учитывая (1.5) и (1.6), получим

х_n = х/(β₁ β₂... β_m)=х/ β. (1.7)

Таким образом, в момент компенсации сигнал на выходе средства измерений пропорционален входному сигналу и не зависит от коэффициента преобразования цепи прямого преобразования.