ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Выбор СИ при динамических измерениях из "Метрология, стандартизация, сертификация " СИ для динамических измерений, как правило, работают в комплекте с устройствами (датчиками), преобразующими сигналы различной физической природы в электрические сигналы (ток или напряжение), так как практически вся эта аппаратура фиксирует только электрические сигналы. Причем одно из требований к такой аппаратуре заключается в возможности измерения малых отклонений величин при больших их абсолютных значениях. [c.202] Если при измерении статически установившихся процессов точность измерения полностью определяется классом СИ, то при регистрации динамических процессов, изменяющихся во времени, возникает еще ряд причин, влияющих на точность результатов измерения. Например, точность обработки данных существенно зависит от масштаба записи процесса, в том числе и ширины (толщины) записи. [c.203] Влияние датчика на режим работы ТС может проявиться по-разному. Если энергия, потребляемая датчиком от объекта, не зависит от режима его работы, то это влияние можно рассматривать как внешнее воздействие — в виде постоянной величины, приложенной к объекту измерения. Это вызовет некоторое изменение измеряемой величины, что войдет в погрешность определения статической характеристики, но не повлияет на результат измерения динамических свойств (так называемое независимое влияние). [c.203] Рассмотрим случай, когда количество энергии, потребляемой датчиком от линейного объекта, зависит от значения измеряемой величины . [c.203] Если мощность объекта во много раз больше мощности, потребляемой измерительным устройством, то величинастановится пренебрежительно малой. [c.203] При выборе датчика особое внимание следует уделять его порогу чувствительности, который не должен превышать погрешности измерения. Инерционность датчика также должна быть минимальной. После выбора датчика осуществляется выбор регистрирующей аппаратуры, характеристика которой, как правило, приведена в паспортных данных. Для ориентировочных оценок можно пользоваться данными табл. 5.6. [c.203] Как показано выше, инерционность измерительной системы СИ и измеряемого процесса из-за конечного времени переходного процесса превращения (преобразования) различных видов энергии (механической, топливной, электрической и др.) приводит к динамическим погрешностям измерений. Динамические погрешности наиболее суш,ественны и опасны (в смысле искажения измерительной информации) при измерении быстропеременных процессов. Например, скорость изменения давления в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания достигает 100 ООО кгс/см с ( 10 Па/с), а в топливоподающих трубопроводах дизелей — 500 ООО кгс/см с ( 5/10 Па/с). Поэтому важное значение имеет выбор соответствующей аппаратуры для регистрации этих изменений. [c.204] Соответствующий график этих погрешностей приведен на рис. 5.10, з, и из формул (5.12) и (5.13) следует, что если - =0, то, независимо от коэффициента затухания (3 , М 1, ф = О и динамическая погрешность отсутствует. При = 1 и ф 90° имеет место резонанс 1/2Р . При малых значениях (3 максимальное значение амплитудной погрешности возникает при резонансе, когда= со/м = I. [c.205] Таким образом, для уменьшения динамических погрешностей измерения частота свободных колебаний подвижной части СИ должна быть возможно более высокой (Л/- 1 при 0, 0 при О),,— оо. Если требуется, чтобы СИ не реагировало на возмущающую силу, частотао)ц должна быть возможно низкой (Л/— 0 приЯ —а при СО оо). [c.205] Из рис. 5.10,6 следует, что для получения динамической амплитудной пофешности на уровне 1 —2% частота свободных колебаний СИ должна превосходить частоту измерения измеряемой величины в 7 10 раз. На практике достаточные результаты получают при со /со 2—3. Минимальная амплитудная погрешность имеет место при коэффициенте затухания = 0,6—0,7. [c.206] Фазовая погрешность ф при 0,6—0,7 практически линейно зависит от частоты, поэтому запаздывание выпуш,енных колебаний подвижной части СИ от изменения измеряемой величины для каждой частоты не зависит от времени. [c.206] Таким образом, при выборе СИ для измерения динамических процессов необходимо, чтобы полоса пропускания СИ по максимальной частоте включала полосу пропускания по частоте регистрируемого параметра. При этом желательно, чтобы реализуемая АЧХ процесса не выходила за пределы заштрихованной области (рис. 5.11) по линии 0—0. В противном случае, информация о процессе либо будет срезана (линия 1 —t), либо будут регистрироваться шумы — дополнительные колебания, обусловленные влиянием неучтенных факторов (линия 2—2), что приведет к дополнительным неучтенным динамическим погрешностям. [c.206] Для простейших измерительных устройств (мембраны, пружины и т. п.) частоту о,, можно найти расчетным путем, но точность таких расчетов низка из-за трудностей формулирования граничных условий. Для сложных многозвенных измерительных систем расчетные методы малоприемлемы. Поэтому наиболее надежным является опытное определение частоты путем динамического тарирования. При этом часто прибегают к следующим методам. [c.207] Здесь 1/Т находят по записи типового фафика (см. рис. 5.12). Если запись затруднительна из-за быстродействия системы (высокая скорость затухания), то используют другой метод. Он заключается в том, что, возбуждая вынужденные колебания системы с различной частотой, регистрируют максимальные амплитуды и получают резонансную характеристику (рис. 5.13). [c.208] Второй метод проще, так как позволяет использовать стандартные генераторы колебаний (электромагнитные, ультразвуковые и др.). [c.208] Решение. Считая, что динамическая погрешность не должна превышать 5%, по формуле (5.18) находим, что = 5% достигается при Г= 20 мин (соответственно при Г = 30 мин = 2%, а при 7 = 60 мин = 0,5%). [c.209] Изложенное относится к случаю синусоидальных колебаний. Если колебания несинусоидальные, то, разложив быстропеременный процесс в гармонический ряд и приняв за (о частоту наивысшей гармоники процесса, а за у допускаемую амплитудную погрешность ее регистрации, осуществляют подбор аппаратуры. [c.209] Пример 5.8. Для достоверной оценки изменения давления при сгорании топлива в быстроходном двигателе внутреннего сгорания необходима регистрация гармоник до 150-го порядка. Подобрать соответствующую аппаратуру при частоте вращения коленчатого вала ш = 2000 мин с погрешностью у 2%. [c.209] Получение столь высоких динамических качеств в механических СИ исключено. Поэтому необходимо использовать электронные измерительные системы. [c.210] Динамическую пофешность следует рассматривать как погрешность восстановления реализации входного сигнала по дискретным отсчетам. По теореме Котельникова такое восстановление (практически без погрешности) в интервале частот О — со можно осуществить, воспроизведя сигнал, имеющий полосу частот со, через интервал времени А/= 1/2со. Если спектр сигнала начинается не с нуля, а находится в диапазоне со, — со рис. 5.14), то для точного восстановления сигнала необходимо воспроизводить его через интервалы Д/ = 1/2 (со - со,). [c.210] Вернуться к основной статье