Статистические характеристики и параметры измерительных устройств

Контрольная  работа

по дисциплине: «Технические измерения и приборы»

 

 

Выполнил:

студент 4 курса группы ТТ

Федоров Д.А.

Принял:

старший преподаватель

Купорова А.В.

 

 

Тверь 2019

 

Содержание:

1. Введение                                                                                                               3

2. Раздел 1. Статистические характеристики и параметры измерительных

                  устройств                                                                                         4

3. Раздел 2. Микрометр.                                                                                      9

4. Раздел 3. Практические задачи.                                                                          12

5. Список литературы                                                                                                  20

 

Введение.

Развитие общества, его деятельность всегда были связаны с измерениями. Научно-технический прогресс во многом обусловлен появлением новых процессов, технических устройств, автоматизированных систем управления и контроля различного назначения. Вместе с тем, непрерывно повышаются требования к качеству и надёжности функционирования объектов, систем, устройств, и чем они становятся сложнее, тем труднее получить высокие показатели качества и надёжности. Общеизвестно, что невозможно достичь этих показателей без проведения измерений нескольких десятков, сотен и тысяч параметров и характеристик объектов измерений.

Система измерений в современных условиях должна обеспечивать не только их точность и единство, но также и своевременность. В технологических процессах измерения зачастую должны проводиться за доли секунды, в режиме реального времени.

Раздел 1.

Статистические характеристики и параметры измерительных устройств

В общем случае состояние (режим работы) измерительного устройства, при котором значения входного Х и выходного Y сигналов не изменяются, называют статическими (стационарными или равновесными).

Статической характеристикой измерительного устройства называют функциональную зависимость выходного сигнала от входного в статическом режиме работы указанного устройства. Более точно статическую характеристику можно определить как зависимость информативного параметра выходного сигнала от информативного параметра его входного сигнала в статическом режиме. Статическая характеристика описывается в общем случае некоторым нелинœейным уравнением (уравнением преобразования):

Y=ƒ(X)

Для измерительных преобразователœей, а также измерительных приборов с неименованной шкалой или шкалой, отградуированной в единицах, отличных от измеряемой величины, статическую характеристику принято называть функцией преобразования. Для измерительных приборов иногда статическую характеристику называют характеристикой шкалы.

Определœение статической характеристики cвязано с выполнением градуировки, в связи с этим для всœех средств измерений используют понятие градуировочной характеристики,под которым понимают зависимость между значениями величин на выходе в ходе средства измерений, составленную в виде таблицы, графика или формулы.

Рис. 1.4. Статическая характеристика измерительного устройства

На рис. 1.4 показаны виды статических характеристик измерительных устройств. За исключением специальных случаев, основное требование, предъявляемое к статической характеристике измерительных устройств, сводится к получению линœейной зависимости между выходной и входной величинами. На практике это требование реализуется в общем случае только с некоторой принятой заранее погрешностью.

Кроме статической характеристики для определœения метрологических свойств измерительных устройств используется ряд параметров.

На рис. 1.4 на статической характеристике 1 графически представлены упомянутые понятия диапазона показаний, диапазона измерений, диапазона измерений нижнего Х_н и Y_н и верхнего Х_в и Y_в пределов измерений (см. также рис. 1.3).

Диапазон показаний – область значений шкалы, ограниченная конечным и начальным значениями шкалы.

Диапазон измерений (рабочая часть шкалы) – область значений измеряемой величины (на шкале прибора), для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений (см параграф 1.6).

В частном случае указанные диапазоны могут совпадать.

Примечательно к измерительным устройствам вообще диапазон измерений часто называют рабочим диапазоном преобразований – наибольшее значение диапазона измерений. Нижний предел измерений – наименьшее значение диапазона измерений.

Из сказанного следует, что диапазон измерений определяется разностью значений верхнего и нижнего пределов измерений (X_в–X_н; Y_в–Y_н). Для количественной оценки влияния на выходной сигнал измерительного устройства входного сигнала в произвольной точке (рис. 1.4) статической характеристики служит предел отношения приращения ΔY выходного сигнала к приращению ΔХ входного сигнала, когда последнее стремится к нулю, т. д. произвольная выбранной точке

.

Применительно к измерительным приборам данный параметр называют чувствительностью и определяют как отношение измерения сигнала на выходе измерительного прибора к вызывающему его изменению измеряемой величины. Графически она определяется тангенсом угла наклона касательной (рис. 1.4), приведенной к выбранной точке A статической характеристики.

В случае если статическая характеристика измерительного прибора нелинœейна (кривая 1 на рис. 1.4), то его чувствительность будет различной в разных точках характеристики, а шкала прибора – неравномерной. Приборы с линœейной (прямая 2 на рис. 1.4) или пропорциональной (прямая 3 на рис. 1.4) статической характеристикой имеет неизменную в любой точке шкалы чувствительность и равномерную шкалу.

У измерительных преобразователœей статическая характеристика, как правило, является линœейной:

Y=KX.

Здесь К – коэффициент преобразования (или при использовании преобразователя в системах автоматического регулирования – коэффициент передачи), определяемы как отношение сигнала на выходе измерительного преобразователя, отражающего измеряемую величину, к вызывающему его сигналу на выходе преобразователя.

Для измерительных приборов важным параметром является цена дел œ ения, определяемая как разность значения величин, соответствующих двум сосœедним отметкам шкалы. Физически цена делœения определяется количеством единиц входной величины, содержащихся в одном делœении шкалы измерительного прибора.

Цена делœения однозначно связана с числом делœений n шкалы измерительного прибора. Последнее в свою очередь связано с погрешностью измерительного прибора, обычно представляемой его классом точности (см параграф 1.6). Число делœений шкалы измерительного прибора, как правило, в первом приближении определяется из соотношения

.

При выполнении условия (1.4) число делœений шкалы выбирают таким, чтобы цена делœения составляла целое число единиц измеряемой величины.

В научно-технической литературе используется понятие порога чувствительности (порога реагирования) измерительного устройства, под которым понимают то наименьшее изменение входного сигнала, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ вызывает уверенно фиксируемое изменение выходного сигнала.

Как правило, наблюдатель, осуществляющий измерение, уверенно может заметить смещение стрелки на половину делœения шкалы, в связи с этим порог чувствительности можно считать равным половинœе цены делœения, а если учесть при этом соотношение (1.4), то в первом приближении порог чувствительности равен классу точности Λ.

Одним из важнейших условий получения корректных результатов измерений является учет взаимодействия измерительных устройств между собой и с объектом измерений.

При подключении измерительного устройства или преобразователя к объекту измерений последний потребляет некоторую энергию или мощность от объекта. Аналогичная ситуация имеет место при подключении измерительного прибора или преобразователя к выходу предыдущего по цепи измерения преобразователя. Это определяет крайне важно сть учитывать свойства измерительных устройств отбирать или отдавать энергию через свои входные или выходные цепи.

В качестве характеристики указанного свойства принято использовать для измерительных устройств понятие входного импеданса (полного или кажущегося сопротивления), а для измерительных преобразователœей – понятия входного и выходного импедансов. В общем случае под импедансом Z понимают отношение обобщенной силы N к обусловленной ею обобщенной скорости W:

Z=N/W.

Сегодня понятие входного и выходного импедансов широко используется для электрических измерительных устройств. При этом импеданс определяется как отношение напряжения к току. Применительно к измерительным устройствам для неэлектрических величин в каждом отдельном случае требуется проведение исследований для установления наиболее целœесообразной формы представления входного и выходного импедансов.

 

 

Раздел 2. Микрометр.

Микрометр – это универсальный измерительный прибор для высокоточного (с погрешностью от 2 до 50 мкм) определения линейного размера детали. Измерение может быть произведено абсолютным или относительным контактным методом с погрешностью достаточной для точной сборки узлов и станочного производства.

Как универсальный измерительный инструмент применение микрометра возможно в любой области, где необходимо определение линейных размеров с точностью от 2 мкм. Это, в первую очередь, механическая обработка деталей, точная сборка узлов и механизмов, настройка работы промышленного оборудования и мн. другое.

Устройство микрометра достаточно простое, в конструкцию инструмента входит всего три основных элемента:

· Рама в виде полукруга оснащенная опорной стойкой (1) для фиксации измеряемой детали.

· Ручка, оснащенная трещоткой (6), неподвижным стеблем (4) со шкалой и измерительным барабаном (5).

· Винт (2) с неподвижной гайкой (3) для измерения линейных величин.

Замер с помощью микрометра выполняется посредством перемещения винта в неподвижной гайке. По углу оборота винта и определяется перемещение и рассчитывается линейный размер. Количество полных оборотов указано на стебле, доли – по круговой шкале на барабане. Инструмент также оснащен устройством кольцевой гайкой для фиксации.

Для обеспечения точности измерений передвижение микрометрического винта не должно превышать 25 мм. Поэтому микрометры выпускаются в пределах 0–25, 25–50 мм и т. д., до 300 мм, с дальнейшим шагом 100 мм. - 300–400, 400–500 и т. д.