Контрольні питання

1. Що є предметом метрології ? Методи, засоби і основні напрямки метрології.

2. Які методи відносять до методів експериментальної інформатики?

3. В чому суть поняття фізичної величини?

4. Наведіть основне рівняння вимірювання.

5. Наведіть класифікацію вимірювань.

6. Які засоби вимірювальної техніки відносять до засобів вимірювань, а які до вимірювальних пристроїв?

7. Суть вимірювальної операції відтворення фізичних величин? Що таке міра?

8. В чому суть вимірювальної операції перетворення фізичної величини? Що таке вимірювальний перетворювач? Наведіть їхню класифікацію.

9. В чому суть вимірювальної операції порівняння ФВ. Що таке компаратор?

10. В чому суть вимірювальної операції масштабного перетворення? Що таке масштабний перетворювач? Наведіть їхню класифікацію.

11. В чому суть операції числового вимірювального перетворення?

12. Дайте визначення і наведіть приклади засобів вимірювання.

13. Наведіть структурну схему і поясніть суть диференційного методу вимірювань.

14. Наведіть структурну схему і поясніть суть нульового методу.

15. Наведіть структурну схему і поясніть суть методу заміщення.

16. Дайте поняття істинного і дійсного значення фізичної величини.

17. Яку похибку називають абсолютною, а яку - відносною?

18. Яка похибка називається систематичною, а яка - випадковою?

19. На які чотири основні групи поділяють систематичні похиб­ки?

20. Які Ви знаєте способи вилучення систематичних похибок?

21. Чим пояснюється поява випадкової складової похибки?

22. У чому полягає суть нормального закону розподілу ймовірностей?

23. Яку похибку характеризує середнє квадратичне відхилення, а яку - математичне очікування?

24. Наведіть методику оцінки випадкових похибок прямих вимірювань.

25. Які характеристики відносяться до статичних?

26. Які форми подання статичної характеристики Ви знаєте?

27. Як визначається чутливість, поріг чутливості і зона нечутливості?

28. Дайте означення діапазону вимірювань і діапазону показів.

29. Що таке клас точності?

30. Які Ви знаєте методи повірки засобів вимірювань?

Розділ II ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ

2.1. Загальні відомості

Електромеханічними називають аналогові вимірювальні прилади, в яких вхідна електрична величина перетворюється в лінійне або кутове переміщення рухомої частини вимірювального механізму.

Вони прості, надійні, зручні в експлуатації, недорогі і в зв’язку з цими якостями знайшли широке застосування.

Електромеханічні аналогові прилади прямої дії будуються за структурною схемою, представленою на рис.2.1.

Рисунок 2.1

У вимірювальному колі вимірювана електрична величина x перетворюється в електричну величину x', яка діє на вимірювальний механізм. Вимірювальний механізм перетворює електричну величину x' в механічне (кутове або лінійне) переміщення α, значення якого відображається на відліковому пристрої.

До вимірювального кола можуть входити подільники напруги, шунти, випрямлячі, елементи для компенсації температурних та частотних похибок та інші елементи.

Вимірювальний механізм складається з рухомої та нерухомої частин. Рухома частина вимірювального механізму встановлюється на кернах (рис. 2.2, а), на розтяжках (рис. 2.2, б) та на підвісах (рис. 2.2, в).

Рисунок 2.2

Керни – це два кусково-сталеві стержні, кінці яких загострені і упираються в підп’ятники з дорогоцінних твердих каменів (агату, сапфіру, корунду та ін.). Недоліком такої установки є наявність тертя в опорах. Розтяжки та підвіси – це стрічечки з пружних матеріалів (сплавів металів).

При встановленні рухомої частини на розтяжках чи підвісах виключається тертя в опорах. На підвісі встановлюється рухома частина особливо чутливих приладів.

Найбільш поширеним відліковим пристроєм в цих приладах є шкала з вказівником (стрілковим чи світловим), зв’язаним з рухомою частиною механізму.

Узагальнена структурна схема рухомої частини вимірювального механізму наведена на рис.2.3.

Рисунок 2.3

1 – підп’ятники; 2 –вісь, що закінчується кернами; 3 – противаги; 4 – пружина, що створює протидійний момент; 5 – стрілка (вказівник); 6 – шкала

Елементи конструкції 2, 3, 4 і 6 утворюють рухому частину, а 1 і 5 відносяться до нерухомої частини вимірювального механізму.

У вимірювальному механізмі, який наведено на рис.2.3, вхідна електрична величина перетворюється в кутове переміщення  його рухомої частини. В процесі кутових переміщень рухомої частини механізму в ньому відбуваються такі процеси.

Із теоретичної механіки відомо, що при обертанні твердого тіла навколо осі добуток моменту інерції на кутове прискорення дорівнює сумі моментів сил, що діють на тіло відносно тієї самої осі, тобто

. (2.1)

На рухому частину вимірювального механізму при її рухові діють такі моменти:

1.Електромагнітна енергія створює обертальний момент , який виникає від дії вимірюваної величини і повертає рухому частину в бік зростання показів

. (2.2)

2.Коли б повороту рухомої частини ніщо не заважало, то вона при будь-якому значенні вимірюваної величини, відмінному від нуля, поверталася б до упору. В результаті повороту рухомої частини одночасно закручується пружина, яка створює протидійний момент , пропорційний куту повороту

, (2.3)

де - питомий протидійний момент пружини, тобто момент, який виникає при закручуванні пружини на одиницю кута. Знак мінус тут поставлено тому, що протидійний момент направлений назустріч обертальному.

3.При обертанні рухомої частини механізму в результаті тертя його рухомих частин з повітрям, а також в результаті електромагнітних процесів в рухомій частині, виникає гальмування. Це гальмування характеризується моментом заспокоєння , який пропорційний кутовій швидкості:

, (2.4)

де - коефіцієнт заспокоєння, який залежить від конструкції рухомої частини.

4.При встановленні рухомої частини механізму на осі, що закінчується кернами, виникає момент тертя

, (2.5)

де - коефіцієнт пропорційності; - вага рухомої частини вимірювального механізму.

Підставимо в праву частину рівняння (2.1) значення моментів і отримаємо

, (2.6)

або

. (2.7)

Отримане рівняння (2.7) називають рівнянням руху рухомої частини вимірювального механізму.

Якщо розв’язати (2.7) для конкретного вимірювального механізму, то можна отримати залежності зміни кута повороту в часі: .

В статичному режимі роботи вимірювального перетворювача обертальний і протидійний моменти зрівноважені

. (2.8)

Рівність (2.8) використовується для отримання рівняння перетворення для конкретного типу вимірювального механізму.

За способом створення обертального моменту або, іншими словами, за способом перетворення електромагнітної енергії в механічну енергію переміщення рухомої частини електромеханічні вимірювальні перетворювачі поділяються на такі види:

- магнітоелектричні;

- електродинамічні;

- феродинамічні;

- електростатичні;

- електромагнітні;

- індукційні.