- •Содержание
- •Предисловие
- •ВвЕдение
- •1. Структура аналоговых средств измерения
- •1.1. Назначение, области применения. Принципы построения, характеристики и основные элементы аиу
- •1.2. Классификация и структурные схемы аиу
- •Электрические двигатели. Электрические двигатели, используемые в схемах регистрирующих приборов, предназначены для перемещения носителя и регистрирующего органа.
- •1.4. Информационные сигналы аиу
- •1.4.1. Основные процессы преобразования измерительных сигналов
- •1.5. Аналоговые электроизмерительные приборы с регистрирующими устройствами
- •1.5.1. Принципы построения, характеристики и узлы. Методы регистрации
- •1.5.2. Структурная схема приборов прямого действия. Погрешности приборов прямого действия
- •1.5.3. Самопишущие приборы
- •1.5.4. Самопишущие приборы обычного быстродействия (сп)
- •1.5.5. Быстродействующие самопишущие приборы (бсп)
- •1.5.6. Светолучевые осциллографы (сло)
- •1.6. Автоматические измерительные приборы
- •Компенсационный метод измерения электрических величин
- •1.6.2. Автоматические компенсаторы (типа ксп) для измерения напряжения и температуры. Типы. Схемы. Статические и динамические характеристики
- •1.6.3. Назначение автоматических электроизмерительных мостов (ксм). Мосты постоянного тока. Пределы и точность измерения
- •Технические характеристики
- •1.6.4. Мосты переменного тока. Условия равновесия. Основные типы мостов переменного тока
- •Основные типы мостов переменного тока
- •1.6.5. Автоматические мосты с регулирующими устройствами. Двухкоординатные автоматические самописцы
- •4.1. Электромеханические измерительные устройства
- •4.1.1. Магнитоэлектрические приборы. Области применения и свойства. Устройство и принцип действия приборов
- •4.1.2. Магнитные системы электроизмерительных приборов и устройств. Назначение магнитных систем. Расчет магнитных систем
- •4.1.3. Основные требования при проектировании магнитных систем
- •4.1.5. Измерительные цепи приборов
- •4.2. Электромагнитные приборы
- •4.2.1. Свойства и классификация приборов
- •4.2.2. Конструкции измерительных механизмов
- •4.2.4. Основные виды погрешности и способы уменьшения
- •4.3. Электродинамические (эд) приборы
- •4.3.1. Области применения и свойства приборов
- •4.3.2. Измерительные механизмы электродинамических приборов
- •4.3.3. Вращающий момент. Методика расчета
- •4.3.4. Измерительные цепи. Погрешности ваттметра
- •4.3.5. Порядок расчета ваттметра
- •4.4. Ферродинамические приборы
- •4.4.1. Свойства и области применения приборов
- •4.4.2. Конструкции измерительных механизмов
- •4.4.3. Измерительные цепи и погрешности
- •4.5. Электростатистические приборы
- •4.5.1. Общие сведения об измерительных механизмах. Конструкция и принцип действия приборов
- •Конструкция и принцип действия приборов
- •4.5.2. Схемы включения
- •4.5.3. Погрешности и методы компенсации
- •2: Электронные узлы измерительных каналов и автономных приборов
- •2.1. Электронные вольтметры
- •2.1.1. Общие сведения. Универсальные вольтметры
- •Универсальные вольтметры
- •2.1.2 Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное
- •2.1.3. Микровольтметры постоянного тока. Милливольтметры переменного тока
- •Милливольтметры переменного тока
- •2.1.4. Импульсные вольтметры
- •2.2. Электронные осциллографы
- •2.2.1. Области применения и свойства
- •2.2.2. Характеристики электронных осциллографов и способы их определения
- •2.2.3. Классификация осциллографов и их структурные схемы
- •2.2.4. Электроннолучевая трубка (элт) с электростатическим отклонением луча
- •2.2.5. Усилители вертикального и горизонтального отклонения лучей
- •2.2.6. Генераторы развертки. Назначение. Схема. Синхронизация генераторов развертки
- •Синхронизация генераторов развертки
- •2.2.7. Вспомогательные устройства
- •Предельное значение погрешности этого метода можно определить из соотношения
- •Погрешность такого измерения
- •2.3. Электронные приборы для анализа характеристик сигналов
- •2.3.1. Анализаторы спектра. Назначение. Элементы. Характеристики
- •Аппаратурно можно получить текущий спектр сигнала
- •2.3.2. Структурные схемы анализаторов спектра
- •2.4. Измерительные генераторы
- •2.4.1. Нормируемые параметры и классификация измерительных генераторов
- •2.4.2. Иг синусоидальных сигналов. Общие характеристики
- •2.4.3. Схемы и параметры задающих генераторов синусоидальных колебаний Генераторы lc
- •Генераторы rc
- •Генераторы на биениях
- •2.4.4. Импульсные генераторы
- •2.5. Электроизмерительные приборы с оптоэлектронными отсчетными устройствами
- •2.5.1. Принцип действия оптоэлектронных приборов. Свойства электроизмерительных приборов и области их применения
- •2.5.2. Принципы построения и структурные схемы аналого-дискретных оэп
- •3. Нормирование и анализ метрологических характеристик аиу
- •3.1. Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения
- •3.2. Нормируемые метрологические характеристики результатов и средств измерений
- •3.3. Формы представления нормируемых характеристик. Требования гост 8.009-84
- •3.4. Абсолютная и относительная погрешности, приведенная погрешность. Основная погрешность
- •3.5. Статическая и динамическая погрешности. Класс точности
- •3.6. Динамические характеристики и принципы их коррекции
- •3.7. Методы уменьшения погрешностей аиу
- •3.7.1. Классификация методов
- •3.7.2. Стабилизация реальной характеристики преобразования
- •3.7.3. Компенсация погрешностей
- •3.7.4. Коррекция погрешностей
- •3.7.5. Фильтрация погрешностей
- •3.7.6. Уменьшение динамической погрешности
- •3.7.7. Конструктивные способы улучшения точности работы аиу
- •Список литературы
1.5.6. Светолучевые осциллографы (сло)
Принцип действия осциллографов основан на фотографической записи показаний магнитоэлектрических гальванометров специальной конструкции с высокой собственной частотой w0.
Устройство осциллографического гальванометра (ОГ) приведено на рисунке 1.23.
Рис. 1.23. Осциллографический гальванометр
Подвижная часть ОГ выполнена в виде многовитковой рамки 1. Противодействующий момент создается растяжками 2, которые служат также для крепления рамки к держателям 3. При появлении тока в рамке зеркало 4, скрепленное с ней поворачивается на некоторый угол, при котором вращающий момент уравновешивается противодействующим. Вращающий момент создается в результате взаимодействия тока в рамке с магнитным полем постоянного магнита 5.
Целью расшифровки записанных на осциллограмме графиков является определение амплитудных и мгновенных значений исследуемых величин, фазовых сдвигов и временные определения. Наиболее общей задачей использования СЛО считается нахождение частот, амплитуд и начальных фазовых углов гармонических составляющих сложного процесса, изображенного на осциллограмме.
Статическая погрешность СЛО обусловлена нелинейностью токовой характеристики, что связано с неравномерностью магнитного поля в воздушном зазоре; температурными и механическими воздействиями на измерительный механизм ОГ; непостоянством скорости перемещения носителя. Динамическая погрешность светолучевого осциллографа определяется в основном ОГ, поведение которого в динамическом режиме описывается линейным дифференциальным уравнением второго порядка.
Точность воспроизведения СЛО зависит от правильного выбора ОГ. Необходимо, чтобы рабочий диапазон частот ОГ был согласован с частотным диапазоном исследуемого сигнала а степень успокоения b оптимальной.
Высокочастотные ОГ промышленного изготовления предназначаются для работы в токовом режиме (чувствительны к току). В режиме напряжения разогрев рамки увеличивает ее сопротивление. При этом ток через рамку уменьшается, что приводит к возникновению погрешности записи. Точность воспроизведения исследуемого сигнала зависит также от скорости перемещения носителя (VН). Для того чтобы рабочий диапазон частот был полностью использован, необходимо, чтобы выполнялось соотношение:
, (1.12)
где VHmax – максимальная скорость протяжки носителя, соответствующая различной записи синусоидального сигнала частоты f = fВ,
d – толщина линий записи,
fВ – верхняя граница рабочего диапазона частот.
Для фотозаписи быстропротекающих процессов применяют СЛО с электронно-лучевыми трубками, в которых изображение с экрана трубки с помощью оптического устройства проектируется на движущуюся с определенной скоростью фотоленту. Эти СЛО работают в диапазоне частот от 0 до 100 кГц.
Основные задачи проектирования - расширение частотного диапазона, увеличение скорости, числа каналов, уменьшение габаритов и массы.
Дифференциальное уравнение, описывающее динамический режим работы прибора прямого действия, определяется в основном дифференциальным уравнением движения подвижной части измерительного механизма (ИМ).
Для оценки динамических свойств рассматриваемых приборов используют амплитудные и фазочастотные характеристики, так как они напрямую связаны с динамическими погрешностями приборов.
Эффективным способом улучшения динамических характеристик приборов является введение в их структуру специальных электрических схем коррекции. Коррекции подлежат элементы измерительного устройства, в которых содержатся источники динамических погрешностей.
Динамический режим ИМ описывается уравнением:
, (1.13)
где J – момент инерции подвижной части измерительного механизма;
a – угол ее отклонения;
Р – коэффициент успокоения;
W – удельный противодействующий момент;
В – индукция в воздушном зазоре;
s, n – площадь и число витков рамки;
i(t) – мгновенное значение тока в рамке.
Используя принятые обозначения ( – чувствительность к постоянному току; – круговая частота собственных колебаний; – степень успокоения) получим выражение для передаточной функции и комплексной чувствительности магнитоэлектрического прибора:
, (1.14)
, (1.15)
где .
Выражение для АЧХ и ФЧХ имеют вид:
, (1.16)
, (1.17)
, (1.18)
. (1.19)
АЧХ и ФЧХ критичны к значению степени успокоения b. Оптимальное значение b получим из условия минимальности погрешностей A и . Погрешность A0 при q0 и отсутствует при выполнении равенства:
, (1.20)
, (1.21)
Условие (1.20) показывает, что оно близко к выполнению в относительно широком диапазоне частот (q = 0–0,5) при b = 0,65–0,7, т. е. этот режим обеспечивает минимальные значения погрешностей A и в диапазоне частот = (0 – 0,5) 0.
Оптимальное успокоение (b0 = 0,65 – 0,7) обеспечивается обмоточным и жидким успокоением. При использовании обмоточного успокоения внешнее сопротивление, подключаемое к рамке ИМ, нормируется и определяется выражением:
, (1.22)
где RP – сопротивление рамки.
Быстродействие прибора повышают, уменьшая ширину поля записи, что приводит к росту погрешности при расшифровке графика.