Средства радиоизмерений. Меры

2015-12-13

775

Обсуждений (0)

0.00 из 5.00 0 оценок

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒

Средства измерений – технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические характеристики.

Метрологические характеристики – такие свойства средств измерений, которые позволяют судить об их пригодности для измерений определённой физической величины в заданном диапазоне её значений и с заданной точностью.

Принципиальное отличие средств измерений от других технических средств, используемых при измерениях, состоит в том, что погрешность, с которой они выполняют свои функции, лимитирована.

По характеру участия в процессе измерения все средства измерений можно разделить на пять групп:

меры;
измерительные преобразователи;
измерительные приборы;
измерительные установки;
измерительные системы (информационно-измерительные системы).

Мера – средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины данного размера.

Например: образцовая катушка сопротивления, гиря, нормальный элемент.

Рис. 5.1.Примеры мер

Меры делятся на:

однозначные;
многозначные;
наборы мер.

Однозначные меры воспроизводят либо единицы измерения, либо их кратные или дольные значения.

Из однозначных мер образуются наборы и магазины, различные комбинации которых позволяют получить необходимые кратные или дольные значения единиц измерений в заданных пределах.

Если каждая мера из совокупности используется отдельно и независимо от других, то такие меры образуют набор мер (например, набор гирь, набор концевых мер длины и т.д.).

Если все меры из данной совокупности соединены конструктивно в одно целое так, что каждая в отдельности использоваться не может, то они образуют магазины мер (например, магазины электрических сопротивлений, индуктивностей, емкостей и т.д.).

Многозначные меры или меры с переменным значением воспроизводят любые кратные или дольные значения единицы измерения в определённом диапазоне (например, измерительный конденсатор переменной ёмкости, проволочный реохорд и т.д.).

Меры подразделяют на рабочие и образцовые.

Измерительный преобразователь (ИП) – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и/или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

Измерительный преобразователь не позволяет непосредственно получить результат измерений, а осуществляет преобразование одной физической величины (входной) в другую (выходную).

Измерительные преобразователи являются основой для построения более сложных средств измерений: измерительных приборов, измерительных установок, измерительных систем.

Сложные средства измерений обычно включают в себя целый ряд взаимосвязанных измерительных преобразователей, обеспечивающих получение численного результата измерений.

Измерительные преобразователи 1-4 образуют измерительную цепь.

В зависимости от положения преобразователя в измерительной цепи различают первичные и промежуточные измерительные преобразователи.

К первичному измерительному преобразователю (ПП, ПИП) подводится измеряемая величина.

При измерениях неэлектрических величин ПИП иногда называют датчиком, хотя под датчиком в общем случае следует понимать конструктивную совокупность ряда измерительных преобразователей, размещаемых непосредственно у объекта исследований.

Измерительные преобразователи отличаются большим разнообразием.

Измерительный прибор – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

В отличие от измерительного преобразователя, измерительный прибор всегда имеет устройство, позволяющее человеку воспринимать информацию о числовом значении измеряемой величины.

По физическим явлениям, положенным в основу работы, измерительные приборы можно разделить на электроизмерительные (электромеханические, электротепловые, электрохимические и др.) и электронные.
По назначению их подразделяют на приборы для измерения электрических и неэлектрических (магнитных, тепловых, химических и др.) физических величин.
По способу представления результатов их делят на показывающие и регистрирующие.
По методу преобразования измеряемой величины – на приборы непосредственной оценки (прямого преобразования) и приборы сравнения.

Действие наиболее распространенных электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на возникновении в процессе измерений вращающего момента и вызванного им поворота подвижной части прибора. Особенности физических процессов, вызывающих появление вращающего момента, определяют деление приборов на магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические и др.

В магнитоэлектрическом приборе вращающий момент возникает в результате взаимодействия тока в катушке прибора с магнитным полем постоянного магнита. Перемещающийся элемент прибора – катушка.

В приборах электромагнитной системы отклонение стрелки от положения равновесия возникает в результате взаимодействия магнитного поля катушки, по которой проходит ток, и железного сердечника. Катушка прибора может быть плоской или круглой. Наибольшее распространение получили приборы с плоской катушкой. Катушку наматывают из медного провода. На специальной оси, торцы которой упираются в подпятники, закреплен сердечник. Когда по катушке прибора проходит ток, сердечник намагничивается и втягивается внутрь катушки. Ось поворачивается, закручивает пружину, и стрелка устанавливается в определенном положении.

С осью подвижной системы прибора соединен алюминиевый лепесток. При повороте оси он перемещается в магнитном поле небольшого магнита. В лепестке наводится ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем создает тормозящий момент, что предотвращает колебания вращающейся системы.

Стрелка электромагнитного прибора отклоняется также в том случае, когда по катушке проходит переменный ток.

Электромагнитные приборы имеют невысокую чувствительность, неравномерную шкалу и невысокий класс точности.

Электродинамические приборы пригодны для измерений тока, напряжения, мощности и других величин как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока. На точность показаний приборов этой системы сильное влияние оказывают внешние магнитные поля.

Электромагнитные и электродинамические приборы являются основными, применяемыми для измерения токов, напряжений, мощности и других электрических величин в цепях переменного тока промышленной частоты (50 Гц). Специальные разновидности этих приборов могут быть использованы при частотах токов до 2000 Гц. Однако такие приборы применяют сравнительно редко.

Приборы сравнения предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно (с мерой). Приборы сравнения могут работать в двух режимах: в равновесном режиме и в неравновесном режиме. Структурные схемы приборов сравнения приведены на рисунке:

Рис. 5.2.Структурные схемы приборов сравнения

При работе в равновесном режиме (рис. 5.2 рис. 5.2 а) измеряемая величина X полностью компенсируется воздействием меры. Значение меры или ее части, необходимой для компенсации величины X, в процессе измерения определяется по отсчетному устройству.

В неравновесном режиме разность показаний между мерой и измеряемой величиной измеряется в отсчетном устройстве, шкала которого градуирована в единицах измеряемой величины.

По способу применения и конструкции – на щитовые, переносные и стационарные.
По защищенности от воздействия внешних условий измерительные приборы подразделяют на обыкновенные, влаго-, газо- и пылезащищенные, герметичные, взрывобезопасные и др.
Все измерительные приборы могут быть разделены на аналоговые и цифровые.

В аналоговом измерительном приборе показания являются непрерывной функцией изменений измеряемой величины.

Цифровой измерительный прибор автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации, а его показания представлены в цифровой форме.

Измерительная установка – совокупность функционально объединенных средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем и расположенная в одном месте.

Например, поверочные установки, установки для испытаний электротехнических, магнитных и других материалов, лабораторные установки для исследования характеристик электродвигателей, стенды для поверки электрических счётчиков и т.п.

Измерительная установка позволяет предусмотреть определённый метод измерения и заранее оценить погрешность измерения.

Отличие измерительной установки от измерительной системы заключается в её локальности, компактности размещения.

Измерительная система (ИС) – совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки, хранения, передачи и (или) использования в автоматических системах управления.

Например, многоканальный пространственно распределённый информационно-измерительный комплекс в составе системы управления производством.

Частными случаями измерительных систем являются измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) и информационно-измерительные системы (ИИС). К последним относятся системы автоматического контроля, системы технической диагностики, системы распознавания образов и др.

Измерительные системы – это наиболее современные и сложные средства измерений.

Очевидно, что различные типы средств измерений и их конкретные экземпляры отличаются друг от друга по свойствам. В связи с этим возможности и качество средств измерений определяются совокупностью ряда характеристик.

Дальше >>

< Лекция 5 || Лекция 6 || Лекция 7 >

Яндекс.Директ

Измерительный комплексПродажа измерительных комплексов. Все поставщики Казани!kazan.pulscen.ru

Международный форум по метрологии14-19 сентября. Сочи. Метрологическое обеспечение измерительных систем.forum-sochi.cnts-dialog.ru

Диссертации в Казани. Статьи ВАК.Диссертации и статьи ВАК без посредников.Договор и гарантии.Срочные заказы.18+Магистерская диссертацияКандидатская диссертацияСрочные публикацииkazandisser.ruАдрес и телефон

Начало формы

Конец формы

Начало формы

Конец формы

Вопросы и ответы

вопросов: 1

Светлана Пашинцева

ответить

Студенты

всего: 432

Маргарита Оськина

Россия

предложить дружбу

Елена Потребеникова

Россия

предложить дружбу

Пользовательское соглашение | Политика конфиденциальности | Реклама на сайте | Напишите нам

Телефон: +7 (499) 253-9312, факс: +7 (499) 253-9310, e-mail: [email protected], ICQ: Intuit.ru (632-332-736), Skype: Intuit.ru

Ads by

X | i

Настройка оценочных параметров по Ротачу для стандартных законов регулирования 1. ПИД

;

; Т_μ = Т_и, где k_p – коэффициент передачи; Т_и – постоянная интегрирования; Т_д – постоянная дифференцирования; W_p – закон регулирования; τ_μ – время запаздывания. 2. ПИ

;

. 3. И

;

. 4. ПД

;

; Т_μ = Т_д. 5. П

;

. Проверка достоверности исходных данных. Проверка достоверности исходных данных после их ввода включает как типовые логические операции, используемые практически в любых алгоритмах, так и не типовые, учитывающие конкретные задачи и особенности объектов прогнозирования. К числу типовых в частности относятся: - проверка попадания текущих значений, например Z(t) в рабочий (допустимый) диапазон их изменения как по уровню: Z^min ≤ Z(i) ≤ Z^max (1), так и по приращениям: δZ^min ≤ |Z(i)-Z(i-1)|≤ δZ^max (2). Условия (1), (2) могут осуществляться и по отношению к сглаженным значениям Z(i) и их приращениях δZ(i)= Z(i) - Z(i - 1). В качестве примера нетиповых операций приведем условие:

(3), которое используется при аноде долевых соотношений компонент Di различных смесей или шихт, где l - число компонент. Данные считаются достоверными и используются в дальнейших преобразованиях, если они прошли проверку типа (1), (2), (3). В противном случае они классифицируются, как недостоверные и может быть потребован повторный ввод либо осуществляется восстановление недостоверных данных. В последнем случае используется процедура экстраполяции соответствующих рядов данных. При многократном невыполнении этих условий целесообразно выдавать информацию обслуживающему персоналу для проверки каналов получения данных. Процедуры фильтрации, экстраполяции, сглаживания. 1. Фильтрация

(1). При процедуре фильтрации результаты усреднения строятся на текущее значение (i). Алгоритм фильтрации используется для обработки данных в темпе с протекающим процессом, т.е. тогда когда необходимо выделить полезную составляющую. 2. Сглаживание

(2), где l - окно форматирования. При применении процедуры сглаживания результат усреднен, строится внутри предыстории, чаще в середине. Алгоритм сглаживания используется в ретроспективной обработке данных, т.е. ряд полностью получен до обработки. 3. Экстраполяция

, где h = 1..4. При процедуре экстраполяции помимо процедуры усреднения используется процедура упреждения. Алгоритм экстраполяции используется при оценивании будущих значений каких-либо переменных (частный случай прогнозирования). Краткая характеристика структуры и основных компонентов АСУ понятия и определения. Основные принципы построения АСУ Технология-совокупность способов и методов обработки, изменения состояния, свойств сырья в процессе производства продукции. Технология как наука выявляет основные закономерности с целью определения наиболее эффективных способов и методов, экономичных технологических процессов. Технологии материальные – технологии преобразование материального сырья, энергии в конечный материальный продукт. Технологии информационные – технологии преобразование исходного, информационного «сырья» в конечные информационные продукты. В материальных технологиях – технологические агрегаты и оборудование. В информационных технологиях – это различные средства информационной техники – вычислительные средства, средства коммуникации. Процесс– ход, развитие какого либо явления, последовательная смена состояний в развитии чего-нибудь (Ожегов). Процесс – совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата (энциклопедический словарь). Технологический процесс производства какой-либо продукции представляет собой последовательность действий (операций, стадий). На каждой из операций, стадий реализуется та или иная технология (или комплекс технологий). Все вместе образуют технологию производства. Цель организации любого технологического процесса - получение какого либо продукта с требуемыми характеристиками. Это возможно только при соблюдении технологии на каждой операции, стадии процесса. В реальности на любой технологический процесс (ТП) и его конечные результаты действует множество факторов, мешающих достижению поставленной цели. Необходим контроль и целенаправленное воздействие на ТП для реализации технологии при воздействии мешающих факторов, то есть управление ТП. Таким образом, необходимыми условиями реализации любых ТП является управление ими. Это касается как материальных, так и информационных ТП. Система – совокупность взаимосвязанных элементов, функционирование которых подчинено единой цели. Внешняя среда – все, что окружает систему, взаимодействует с ней в целом или с отдельными ее элементами. Внешние воздействия – те воздействия внешней среды, которые оказывают существенное влияние на функционирование системы с точки зрения стоящей перед системой цели, но не зависят от результатов функционирования системы. Цель – главный системообразующий признак. Возникновение задач управления связано с возникновением целенаправленной деятельности в материальном производстве, социально-экономической сфере. Управление – совокупность действий, направленных на достижения определенной цели, т.е. протекание управляемого процесса в желаемом направлении. Объект управления – система (техническая, биологическая, социально-экономическая) в которой протекает управляемый технологический процесс. Система управления – совокупность объекта управления (ОУ) и управляющей системы (УС), совместное функционирование которых, обеспечивает достижение поставленной цели.

Рисунок1. Критерий качества управления - некоторый показатель или соотношение показателей, характеризующее качество работы системы управления, числовое значение которого отражает степень достижения поставленной цели. Автоматизированная система управления (АСУ)–это организационно-техническая система управления объектом в целом в соответствии с принятым критерием (критериями) качества управления, в которой сбор и обработка информации, формирование и реализация управляющих решений осуществляются с применением средств вычислительной техники. СИСТЕМНЫЕ принципы построения АСУ Исходя из принципов системного подхода к решению задач (в том числе задач управления) ОУ и УС могут быть в свою очередь представлены как сложные системы в виде совокупности взаимосвязанных элементов. Из неограниченного класса систем далее будем рассматривать системы (и соответствующие задачи) управления процессами промышленного производства. Общие принципы и методы построения систем других классов (например, социально-экономических) аналогичны. Сравним два крайних случая: 1. Технологический процесс материального производства, реализуемый на совокупности технологических агрегатов и оборудования, заключающийся в определённой последовательности операций преобразования материальных и энергетических потоков в готовую материальную продукцию. 2. Технологический процесс производства информационной продукции (например, бухучёт, статистический учёт) состоящий из определённой последовательности операций по преобразованию информационных потоков в конкретную информационную продукцию – отчётные документы, сводки и т.д. для последующего принятия управляющих решений В зависимости от степени механизации и автоматизации технологических операций, определяются доля ручного труда, а значит и степень участия человека в реализации этих операций. Например, в промышленных технологиях ручной труд может быть полностью исключён. В этой или иной мере исключается ручной труд и при реализации информационных технологиях (например, с внедрением автоматизированной технологии бухучёта). Конкретизируем сказанное выше следующими основными положениями. 1. Любое предприятие, организация (или их подразделение) представляются в виде сложной иерархической структуры. Причём на каждом уровне иерархии можно выделить: - объект (объекты) управления; - управляющую систему. 2. Каждый из объектов управления в свою очередь представляет собой систему, состоящую из управляющей системы и объекта управления и т.д. Декомпозиция сложной системы может быть доведена до уровня системы управления непосредственно технологическими процессами, агрегатами и оборудованием, реализующим технологические процессы. 3. На каждом уровне иерархии совокупность объекта управления и управляющей системы представляет собой систему управления. Функционирование каждой из систем управления направлено на достижение стоящей перед ним целей. Эти цели формируются и задаются системой управления более высокого уровня иерархии, обеспечивающей согласование целей подчинённых систем и организацию их совместного функционирования. 4. Цели – это конкретизация задач (миссии), системы управления в форме, доступной для управления процессом и их реализации. Цель должна быть: ориентирована на определённый интервал времени, конкретна и измерима. Задаётся в виде целевой функции, содержащей перечень характеристик (переменных) и ограничений; критериев, численные значения которых отражают степень достижения стоящих перед системой целей. Обычно критериев несколько и зачастую противоречивых. 5. Функционирование системы управления на любо уровне иерархии направлено на реализацию совокупности технологических процессов – материальных и информационных. В зависимости от специфики задач и целей системы, а соответственно её структуры и физической природы составляющих её элементов, будут преобладать материальные и информационные технологии. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ Процесс принятия управляющих решений при управлении любым объектом связан с количественной оценкой внешних условий (внешних воздействий), состояния объекта и его выходов, и принятием на основе этих количественных оценок решений о численной величине управляющих воздействий на объект. Если рассмотреть идеализированный случай, когда цели системы не меняются, характеристики внешней среды не меняются (в том числе свойства материальных, энергетических и информационных потоков, перерабатываемых в данном технологическом процессе), и если не меняются свойства элементов, входящих в структуру системы, то, вероятно, нет нужды и управлять однажды запущенным технологическим процессом. В реальности любой технологический процесс (материальный или информационный) подвержен влиянию возмущающих воздействий, обусловленных как изменением свойств внешней среды (в виде изменений характеристик перерабатываемых материальных и энергетических потоков, характеристик информационных потоков (искажения, задания и т.д.), так и изменением характеристик элементов, входящих в структуру системы (износ агрегатов и технологического оборудования, сбои оборудования, реализующего информационную технологию, изменения настроений и отношений к работе персонала, реализующего те или иные технологические операции). Возникает необходимость корректировок хода технологического процесса с тем, чтобы компенсировать влияние этих возмущений и обеспечить достижение стоящих перед системой целей. Для выполнения этих задач в систему вводятся элементы, обеспечивающие контроль за результатами выполнения технологического процесса в целом и по отдельным стадиям (операциям), за состоянием элементов, за изменением состояния внешней среды. По результатам контроля формируются управляющие воздействия, направленные на достижение целей системы. Эти воздействия могут иметь следующие разновидности: - координатные воздействия, направленные на изменение тех или иных характеристик материальных или энергетических потоков (расходов, соотношений), и информационных потоков (например, частоту поступления данных, объем информации – количество разного рода сведений); - параметрические воздействия, направленные на изменение характеристик тех или иных элементов, реализующих технологические операции. Параметрические воздействия могут быть связаны с изменениями нормативов (в том числе допусков на режимные параметры), с изменениями пропускной способности элементов, в том числе и людей. В последнем случае эти воздействия называются мотивацией. Когда ресурс координатных и параметрических воздействий исчерпан, формируются структурные управляющие воздействия – изменения схем соединений технологического оборудования и агрегатов (включая и замену части из них), изменения организационной структуры (реорганизация). Таким образом, в функциональном плане нет принципиальных отличий в управлении технологическими, социально-техническими и социально-экономическими объектами. В любом случае приходится иметь дело с совокупностью материальных и информационно-технологических процессов (цех, завод, контора, банк, соцзащита…). Любая управляющая система, независимо от её уровня иерархии, характера объекта управления и его организационной структуры, степени автоматизации, обречена на выполнение комплекса информационных и управляющих функций. Различия – чисто технические, связанные с физической и социальной природой процессов, способами и средствами контроля. Принципы и способы управления объектом и, соответственно, функциональная структура систем управления в большой мере определяются возможностями получения информации о внешних условиях и состоянии элементов, реализующих технологический процесс, от результатов реализации этого процесса, нежели от физической природы процессов (технические, социальные и пр.). Как уже отмечалось ранее (см. «Теорию информации»), процесс управления является информационным процессом. Рассмотрим основные этапы обращения информации в системе управления. Поскольку материальными носителями информации являются сигналы, то это будут этапы обращения сигналов. Детализируем рассмотренную на Рис. 1 схему системы управления. В схеме на Рис.2 информационной системой ИС обеспечивается восприятие информации в процессе взаимодействия с объектом управления с ОУ, формирование и анализ сигналов измерительной информации, формирование данных, поступающих в управляющую систему УС. Управляющей системой принимаются управляющие решения, в соответствии с которыми формируются сигналы (команды) управления исполнительными органами ИО. Исполнительные органы, в свою очередь являются системами управления, но более низкого уровня иерархии.

Рисунок 2. В зависимости от степени формализации и автоматизации процессов в ИС, УС, ИО, участия в них человека, системы подразделяются на автоматические и автоматизированные. Общее представление о характере информационных процессов в системе управления дает структурная схема на Рис. 3. Н этой схеме буквами W. P, Y, U и Q обозначены, соответственно, векторы: - контролируемых внешних входных воздействий объекта; - переменных (параметров) состояния объекта; - управляемых выходных воздействий объекта; - управляющих входных воздействий объекта; - целевой функции, определяющей требования к результатам функционирования системы. Содержательная сущность, структура, состав, связи, модели и алгоритмы функционирования каждого из элементов представленной структурной схемы определяются характером решаемой задачи управления, требований к свойствам системы. Один из основных системообразующих признаков это целевая функция Q, включающая в себя, в общем случае: - критерий качества управления – некоторую расчетную характеристику (величину), чаще всего векторную, численное значение которой характеризует степень достижения стоящей перед системой цели; - ограничения на величину и динамику изменения выходов и управляющих воздействий (на ресурсы управления). Это - один из ключевых моментов постановки и решения задач алгоритмизации управления. Поэтому далее этот вопрос будет рассматриваться более детально на простейших примерах алгоритмизации задач контроля и регулирования при различных постановках задачи.