- •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
3.7.2. Стабилизация реальной характеристики преобразования
способом стабилизации реальной характеристики преобразования , широко применяемым на практике, является способ отрицательной обратной связи (ООС) (рисунок 3.5).
ПП
–
x Δx y
ОП
xoc
Рис.3.5. Способ отрицательной обратной связи (ООС)
Здесь ПП, ОП – прямой и обратный преобразователи. Этот способ является универсальным, т.к. с помощью ОС уменьшается суммарный эффект от действия разнообразных дестабилизирующих факторов. ОС почти всегда применяется в точных СИ, однако, с помощью только одной СИ невозможно решить задачу повышения точности во всех случаях их работы. В статистическом режиме работы СИ в ОС предельное значение аддитивной погрешности, приведенной к выходу можно определить из соотношения:
, (3.32)
где и – предельное значение аддитивной погрешности прямой и обратной цепей;
и – передаточные коэффициенты прямой ПП и обратной ОП цепей.
Из выражения (3.32) видно, что если аддитивная погрешность действует на входе устройства, то при она полностью устраняется. Если же аддитивная погрешность действует на выходе , то она не устраняется введением ОС. В этом случае относительная аддитивная погрешность равна:
(3.33)
Предельное значение относительной мультипликативной погрешности при ООС можно найти из соотношения:
, (3.34)
где – коэффициент статизма ; и – абсолютные мультипликативные погрешности прямой и обратной цепей.
при суммарной погрешности равно погрешности цепи ООС. При этом предполагается, что осуществляется статическое регулирование относительно влияющих факторов, приложенных к входу устройства. На практике для получения малого влияния нестабильности прямой цепи АИУ на его работу, необходимо сделать значение в 3 – 5 раз меньше значения Дальнейшее уменьшение статизма нецелесообразно и приводит лишь к незначительному уменьшению мультипликативной погрешности и может возникнуть необходимость введения сложных цепей стабилизации работы прибора.
Комплексную передаточную характеристику с цепью ОС можно записать в виде:
(3.35)
где – комплексная характеристика преобразования прямой и обратной цепей.
Если обозначить через φK =φK(w) и φχ =φχ(w) – соответственно сдвиги фаз, вносимые прямой и обратной цепями, а и , то можно записать:
(3.36)
При Кχ >> 1 получим:
(3.37)
Из выражения (3.36) видно, что нестабильность коэффициента передачи уменьшиться в раз, а влияние фазового сдвиги прямой цепи в раз. Если предположить, что погрешности случайные величины, то на основании (3.32), (3.34) можно записать значение дисперсии относительной аддитивной σa2 и мультипликативной σM2 погрешностей с ООС:
, (3.38)
где – коэффициент корреляции погрешностей прямой и обратной цепей.
Минимальное значение погрешности при Кс << 1 и при условии нулевого порога чувствительности преобразователя прямого канала равно погрешности цепи ОС:
(3.39)
При конечном пороге чувствительности появляется погрешность:
(3.40)
где – порог чувствительности прямой цепи; х – значение входного сигнала.
Способ отрицательной обратной связи, при условии линейности преобразователя ОС, позволяет уменьшить погрешность нелинейности
(3.41)
где – чувствительность прямой и обратной цепей, fP – передаточная характеристика прямой цепи. Решив эти уравнения относительно y, получим:
. (3.42)
при , где sH – номинальная чувствительность, и имеем идеальную характеристику преобразования:
(3.43)
недостатки при реализации способа ООС:
1. Необходима избыточность прямой цепи по чувствительности.
2. ограниченность возможности уменьшения погрешностей, так как при больших значениях усиления замкнутой цепи теряется устойчивость.
3. При больших значениях усиления замкнутой цепи может наблюдаться подъём АЧХ АИУ в рабочей области частот, то есть требования к точности и широкополосности АИУ противоречивы.
4. Введение ОС увеличивает полосу пропускания селективных АИУ.