Разработка на лабораторно упражнение за измерване параметрите на модулирани трептения



страница1/4
Дата25.10.2018
Размер0.86 Mb.
  1   2   3   4


ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ- ГАБРОВО

Факултет: “Електротехника и електроника”

Катедра “Комуникационна техника и технологии”

Д И П Л О М Н А Р А Б О Т А

ТЕМА: “Разработка на лабораторно упражнение за измерване параметрите на модулирани трептения

Изготвил: Ръководител:

Милена Милкова Кавръкова гл.ас.д-р инж. Пенчо Колев Пенчев

Габрово


2011 год.

У В О Д

Развитието на науката и техниката е свързано с развитието на измерванията. Може да се каже, че най-бързият начин за оценка на състоянието на науката и техниката в дадена страна се получава от оценката на измерванията, които се правят, и от начина, по който получените данни от тях се използват.

Най-важното изискване към информацията, която се получава от измерителния уред, е сигурността, която потребителят трябва да има в нейната точност. Измерването на електрически величини е било усъвършенствано през годините, но необходимостта от постигането на още по-голяма точност се е увеличила, т.е границите на несигурността е трябвало да се намалят и да се дефинират по-точно.

Много от измерванията в комуникациите изискват да се определят параме-трите на модулирани трептения.

Целта на настоящата дипломна работа е да се илюстрират осцилоскопните методи за измерване параметрите на модулирани трептения.

За постигане на тази цел е направено следното:



  1. Направен е обзор в областта на измерванията.

  2. Описани са начините за измерване на модулация. Представени са методите за тяхното измерване.

  3. За илюстриране на осцилоскопните методи е разработена опитна постановка, на която се провеждат измерванията. Измерванията cа направени с цифров осцилоскоп TDS 1002, TDS 3014B и аналогов – Voltcraft 668.

  4. Направен е анализ и изводи на базата на разработката. Като се акцентува на това, че ще послужи за обучения на студентите.

Конструкцията на електронните измерителни уреди непрекъснато се подобрява. Съвременните измерителни устройства изпълняват същите функции, както и по-старите, но с тази разлика, че те са по-бързи, по-точни, по-чувствителни, по-надеждни и не изискват висока квалификация от страна на обслужващия персонал. Това обаче не означава, че нещата стават по-прости, а напротив, те могат да се задълбочат ако няма необходимата подготовка за естеството на модулациите и това, как се работи с отделните измервателни апаратури. Това означава, че проблема е комплексен т.е. необходими са знания и за обекта и за използваната апаратура.

ГЛАВА I
ОБЗОР В ОБЛАСТТА НА ИЗМЕРВАНЕ В ЕЛЕКТРОНИКАТА


    1. Измерванията и развитието на науката

Развитието на науката и техниката е свързано с развитието на измерванията. Може да се каже, че най-бързият начин за оценка на състоянието на науката и техниката в дадена страна се получава от оценката на измерванията, които се правят, и от начина, по който получените от тях данни се използват.

Причините за това са ясни. С напредъка на науката и техниката се откриват явления и съотношения, които изискват нови начини на измерване. Същевременно развитието на науката и техниката предоставя средства за осъществяване на нови начини за измерване, което задълбочава изучаването на проблемите. Това от своя страна води към открития, които правят по-нататъшните измервания възможни и желани.

С развитието на измерванията измерителната техника все повече се опира на електрически и електронни методи на измерване. Причините за това са две: Първо, след като информацията е превърната в електрическа форма, тя лесно може да се преработи по различни начини. Второ, повечето явления, като температура, скорост, разстояние, светлина, звук и налягане, могат лесно да се трансформират в електрически величини за по-нататъшна обработка и интерпретация.

През последните 40 години са създадени голям брой електронни измерителни уреди, които непрекъснато се усъвършенствуват с развитието на науката и дават възможност поставените задачи да се решават по-лесно и с по-голяма точност.

Типичните съвременни електронни измерителни уреди са с пряко отчитане на резултата от измерването, с което се избягва необходимостта от градуировъчни криви. Все по-често отчетите от измерванията се получават в цифров вид, при което не е необходимо да се следят показанията на стрелката на измерителния уред или на скалата на електронно-лъчевата тръба. Данните в цифров вид могат да се обработят с РС, което може мигновено да изпълни допълнителните изчисления, като се премахват възможностите за грешки и се пести времето на скъпо платения персонал. Чрез използването на записващи уреди и електронно-лъчеви осцилографи е възможно крайните резултати да се получат във формата на изчертани криви, като по този начин процесът на събиране и анализиране на данните се ускорява.

Преди около четиридесет години повечето електронни измервания се провеждаха с уреди, конструирани от самите изследователи: често тези уреди биваха не само неудобни, но и безполезни, освен ако с тях работеше висококвалифициран персонал (обикновено тези, които са ги конструирали).

Състоянието на нещата сега е напълно променено. Понастоящем може да се купи далеч по-съвършен в конструктивно и по-прост в експлоатационно отношение измерителен уред, за чието използване не е необходим висококвалифициран персонал.

Същевременно големият брой промишлено произвеждани електронни измерителни уреди дават възможност за избор на начина на въвеждане на информацията, с което предоставяните от тях възможности се използват по-пълноценно. Операторът трябва да знае какво могат да измерват уредите, които той ще използва, трудностите, които могат да възникнат при осъществяване на измерванията в специални или непривични условия: възможностите и ограниченията; грешките, които могат да се получат при нарушение на формата на сигнала от шум, от паразитни електрически токове и др. Операторът също така трябва да взема под внимание характеристиките на величините, които ще измерва, и след това да съпостави тези характеристики със свойствата и възможностите на измервателния уред, който ще използва.




    1. Определение, задачи, особености.

Измерванията в електрониката обхващат целия комплекс от измервателни методи и средства, необходими за измерване, контрол и настройка на различни видове електронни съоръжения, устройства и уредби при тяхната разработка, производство, строеж, монтаж и експлоатация.

Пред електронно-измервателна техника се поставят важни и отговорни задачи за точно, бързо и навременно извършване на всички видове измервания, които трябва да дадат информация, обхващаща следния кръг от въпроси:



  1. Определяне параметрите и характеристиките на електрическите сигнали (ток, напрежение, мощност, честота, спектър, форма, коефициент или индекс на модулацията и др.).

  2. Определяне параметрите и характеристиките на пасивни и активни двуполюсници, четириполюсници и вериги (характеристично или вълново съпротивление, първични и вторични параметри, амплитудни, честотни и преходни характеристики, вътрешно и входно съпротивление, затихване и усилване и др.).

  3. Определяне параметрите, характеризиращи изкривяванията на сигналите (нелинейни изкривявания, фазови изкривявания, честотни изкривявания).

  4. Определяне на различни видове смущения и предизвикващите ги фактори (псофометрично напрежение, преходен разговор и др.).

  5. Определяне характера и мястото на повредите (късо съединение, прекъсване, сплитане и др.).

Измерванията в електронната техника в сравнение с обикновените електрически измервания се характеризират с редица особености, по-важните от които са следните:

  1. Широк честотен обхват, използван при предаване на информация.

  2. Голямо разнообразие и широки граници на измерваните величини и параметри.

  3. Голямо разнообразие на сигнали (синусоидални, правоъгълни, трионообразни, шумови и др.).

  4. Голяма чувствителност и голямо входно съпротивление на измервателните уреди и др.




    1. Категории измервания

Характерът на измерванията се определя от тяхната цел, от обектите на измерване, от това, къде и при какви случаи те се извършват или накратко - от условията, при които се провеждат. От тази гледна точка измерванията могат да се подразделят на следните основни категории:

  1. Лабораторни измервания, провеждани при различни изследвания и разработки. При тях като правило се използва по-сложна и по-точна измервателна апаратура.

  2. Производствени измервания, извършвани във фирмите и сервизите и при приемателно-предавателните изпитания. При тях широко се използват специализирани (технологични) измервателни устройства, осигуряващи простота и бързодействие при измерванията.

  3. Измервания, извършвани при строително-монтажни работи на станционни и линейни съоръжения.

  4. Експлоатационни измервания, които от своя страна биват:

а/ периодични – провеждани по реда на планово профилактичните мероприятия;

б/ контролно-изпитателни – провеждани ежедневно за контролиране изправността на съоръженията;

в/ оперативни – провеждани съобразно работните инструкции в процеса на експлоатация;

г/ аварийни – провеждани при установяване характера и мястото на повредата.



  1. Измервания за проверка на измервателни уреди – провеждани в опре-делен ред и срок с цел да се установи съответствието на проверяваните уреди с изискванията на стандартите, инструкциите и нормите.




    1. Методи на измерване. Класификация

При измерванията се използват много и най-различни методи. Важно е специалистите да се научат правилно и обосновано да избират методите и измервателните уреди, които да осигурят висока достоверност на резултатите от измерванията. А това те могат да постигнат само при задълбочен подход към процеса на измерването, при ясно представяне на особеностите на измервания обект, параметрите на измерваните сигнали и възможностите на измервателната апаратура. Целта на измерването се състои в получаване на информация за количествените характеристики на интересуващия ни обект или процес. Получената информация съдържа или резултата от сравняването на измерваната величина с еднородна на нея величина, приета за единица мярка, или необходимите за анализа (изчислението) данни. В зависимост от това измерванията се подразделят на преки и косвени. Пряко (директно) измерване се нарича измерването, при което измерваната величина се определя направо в съответните единици. Към методите за преки измервания спадат:

а/ методите на непосредствена оценка (непосредствено сравняване с еталонни мерки или отчитане по непосредствено показващи стрелкови, записващи и цифрови уреди);

б/ нулеви методи (мостови и компенсационни методи, при които измерваната величина се уравновесява чрез еднородна еталонна величина);

в/ диференциални методи (определяне на измерваната величина по разликата между едновременно действащите върху показващия уред измервана и еталонна величина);

г/ методите на съвпадение (определяне на измерваната величина чрез заместването й с еталонна при еднакво показание на индикатора).

Нулевите методи, диференциалните методи и методите на съвпадение се наричат общо методи на сравнението (сравнителни методи).



Косвено измерване се нарича измерването, при което интересуващата ни величина се определя по косвен път (чрез изчисления) от други, измервани директно величини, с които е свързана с известна функционална зависимост. Например определяне на резонансната честота на трептящ кръг по измерените стойности на индуктивността и капацитета, определяне на затихването на даден четириполюсник по измерените входни и изходни напрежения или нива и т.н.

Измерванията могат да се подразделят още на статични и динамични (според режима на работа на измервания обект), на непрекъснати и дискретни (според това, дали се извършват непрекъснато във времето или в определени моменти) и др.


1.5. Основни елементи и характеристики на измерването

Основните елементи и характеристики на измерванията са: 1) обект на измерването; 2) измервателно средство; 3) условия на измерването; 4) човекът-оператор, извършващ измерването (субект на измерването); 5) принцип на измерването; 6) метод на измерването; 7) точност на измерването.



Обектът на измерването е физична величина, която подлежи на измерване. Например обекти на измерването могат да бъдат честотата на радио-предавателно устройство, напрежението на изправително устройство и т.н.

Обектът на измерването трябва да бъде оценен на основата на априорни (пред-шествуващи опита и независими от него) данни и отъждествен с един от моделите, идеализиращи същия. Тази задача решава човекът-оператор, който в съответствие с приетото отъждествяване избира един или друг измервателен уред. Например, ако в качеството на модел на напрежение е прието постоянно напрежение, то следва да се избере волтметър, а не спектроанализатор.



Измервателно средство – това е техническо средство, използувано за целите на измерването и има нормирана точност (определен клас на точност). Измервателните средства съставляват основата на измервателната техника.

Условията на измерването се характеризират с наличието на влияещи върху измервателните средства величини. Такива величини могат да бъдат високите и ниските температури на околната среда, повишеното или пониженото атмосферно налягане, електрическите и магнитните полета и т.н. Влиянието на тези величини върху измервател-ните средства трябва да бъде изучено и отчетено (или изключено).

Човекът-оператор, извършващ измерването (субектът на измерването), със своите психофизиологически свойства трябва да се разглежда от позицията на преобразуване на измервателната информация, получавана от едно или друго измервателно средство. В случаите, когато измервателната информация не се оценява непосредствено от оператора, а се насочва към съответно автоматично устройство или РС, използващи или обработващи резултатите от измерванията, ролята на субективния фактор е много малка, но не се изключва напълно, доколкото не се изключват грешки от възприемането на измервателната информация.

Принципът на измерване представлява от само себе си съвкупност от физични явления, на които се основава измерването. Например при измерване на мощност в областта на СВЧ се използва топлинният принцип на измерване, при който електромагнитната енергия се преобразува в топлина.

Методи на измерване. Под метод на измерване се разбира съвкупността от определени правила, използваните принципи на измерване и измервателните средства, осигуряващи сравняването на измерваната величина с еднородната й такава, приета за единица мярка. Използваните методи на измерване, въпреки голямото си разнообразие, могат да се класифицират в следните основни видове:

  1. Директен метод. При него измерваната величина се определя непосредствено с мерки или измервателни уреди – например измерването на напрежение с волтметър, на ток с амперметър и т.н. Методът е прост, бърз и удобен. Точността му се ограничава от точността на използвания измервателен уред и субективния фактор (човекът-оператор).

  2. Индиректен метод. При този метод търсената величина се определя по изчисли-телен (косвен) път въз основа на директно измерени величини. Например коефициентът на усилване на един усилвател се изчислява по директно измерените стойности на входното и изходното напрежение.

  3. Методи на сравнението. Към тях се причисляват следните методи:

  • Нулев метод. При него измерваната и еталонната величина се сравняват до пълното им изравняване, което се фиксира от нулевото показание на индикатора на измервателното средство. Типичен пример на приложение на нулевия метод са измерванията на различни величини чрез мостови измервателни уреди. Методът се характеризира с висока точност на измерване.

  • Диференциален метод. Тук неизвестната величина се сравнява с известната величина (мярката), като измервателният уред отчита разликата между тях (например измерване на честоти по метода на двойното биене). Точността на диференциалния метод нараства с намаляването на разликата между сравняваните величини.

  • Метод на заместването (съвпадението). При него въздействието на измерваната величина върху измервателния уред се заменя с въздействието на еталонна величина до получаване на същото показание (например измерването на затихване с помощта на изкуствена линия и др.). Точността на метода се ограничава от точното отчитане на заместващата величина.

  • Резонансен метод. Основава се на резонансните явления в дадена електрическа трептяща система. Характерно за него е, че в повечето случаи индикаторът на измервателния уред показва максимално отклонение (противоположно на нулевия метод). Точността на измерването зависи главно от вида на резонансната характеристика на трептящата система, която за всеки конкретен случай може да бъде твърде различна.

За извършване на дадени измервания в съответствие с решаваната задача и избрания модел на измервания обект освен подходящ метод на измерване се използват още алгоритъм на измерване и методика на измерване.

Алгоритъм на измерване – точно предписание за извършване на съвкупността от операции, осигуряващи измерването на дадена физична величина.

Методика на измерване – детайлно набелязана програма на измервателния процес, регламентираща метода, средствата и алгоритъма за провеждане на измерванията, а така също и обработката на получените резултати, които при определени (нормирани) условия осигуряват измервания със зададена точност.

Когато се посочват качествените показатели на дадена апаратура или комплексно съоръжение, необходимо е да се посочи и методиката на измерването, по която са получени тези показатели, тъй като при използването на друга методика могат да се получат резултати, които значително да се различават от посочените. Особено е необходимо да се посочва методиката на измерване на нестандартни съоръжения и на параметри, за които не се дават препоръки от Международните консултативни комитети.

За добро познаване на всички въпроси в областта на измерванията, инженерът по електронна техника трябва да има солидна подготовка по специалнитe дисциплини. Това до известна степен налага в някои от тези дисциплини да се изучават специализирани въпроси от областта на измерванията.

Съвкупността от редица измервания, които се извършват върху едно комплексно съоръжение, условията, при които се извършват измерванията (постановката), тяхната последователност, използваната апаратура и измервателните методи определят така наречената методика на измерване на дадено съоръжение, тракта или група съоръжения. Когато се дават качествените показатели на дадена апаратура или комплексно съоръжение, необходимо е да се даде и методиката на измерването, по която са получени тези резултати, тъй като при използване на друга методика може да се получат резултати, които значително да се отклоняват от дадените. Особено е необходимо да се дава методиката на измерване на нестандартни съоръжения и за параметри, за които няма препоръка.
1.6. Обобщена класификация на измерителните уреди

Средствата за измерване са технически средства, чрез които се извършват измерванията и чиито метрологични свойства се знаят. Тези свойства се наричат нормирани, когато са вписани в нормативни документи (стандарти, нормали и др.).

Най-общо средствата за измерване (СИ) се разпределят на две големи групи – елементарни и комплексни – фиг. 1.1. Елементарните са тези, чрез които не може да се проведе цялостен завършен измервателен процес. Към тях се отнасят мерките, измервателните преобразуватели и устройствата за сравняване (компараторите).

Мярката е средство за измерване, което възпроизвежда дадена физична величина със зададен размер. Мерките, изработени с най-голяма точност за даден момент в страната се наричат еталони.

Мерките могат да бъдат веществени (например маса), енергийни (например електрическо напрежение), параметрични (например честота) и се основават на различни физични принципи и закономерности. Класифицират се по различни признаци, например нерегулируеми и регулируеми; едноканални и многоканални (многовходови) и др.



Еталоните се подразделят най-общо на първични и вторични. Първичните са най-точни и се съхраняват при най-строги условия. Вторичните служат за проверка на мерките за по-широка употреба, за да не се прибягва винаги до използване на първичните еталони.

Съвкупността от измервателните уреди и спомагателните технически устройства, с помощта на които се извършват измерванията, се нарича измервателна апаратура. Основните електронни измервателни уреди могат условно да се подразделят на следните четири групи:

1. Измервателни генератори – широко разпространени измервателни уреди, които служат като източници на сигнали за захранване на измервателни сис-теми, градуиране на уреди, настройка на различни апаратури и други. На фиг. 1.2 е дадена обобщена функционална схема на измервателния генератор. Задаващият генератор е основният възел на измервателния генератор, който определя формата и честотата на сигнала. Преобразувателят служи за повишаване на нивото на сигнала (усилвател) или за преобразуване на неговата форма (формиращо устройство, модулатор).

Изходното устройство има предназначение да регулира нивото на изходния сигнал, да изменя изходното съпротивление, да превключва поляритета и др. В неговия състав обикновено влизат атенюатор (делител, затихвател), съгласуващ трансформатор, катоден (емитерен) повторител, инвертор.

Захранващото устройство служи за захранване на различните електронни възли на уреда.
Фиг. 1.1 Класификационна схема на средствата за измерване
Измервателното устройство служи за контролиране на параметрите на сигнала – напрежение, мощност, коефициент на модулация и др. Използват се най-често стрелкови и по-рядко визуални индикатори.


Фиг. 1.2 Обобщена функционална схема на измервателния генератор
2. Уреди за измерване на параметрите и характеристиките на сигналите. Тази група обединява голям брой прибори, като електронни волтметри, честотомери, осцилографи, спектроанализатори и др. Обобщената функционална схема на тези уреди е дадена на фиг. 1.3.

Входното устройство служи за осигуряване на високо входно съпротивление, необходимо ниво на изходния сигнал. В неговия състав влизат входни делители, катодни (емитерни) повторители, закъснителни линии и др.

Устройството за преобразуване, сравнение или анализ представлява основният възел на тези уреди, изпълняващ различни функции – детектиране, усилване, преобразуване на напрежението във временен интервал, сравнение с еталонна величина, извършване на математични операции и др.


Фиг. 1.3.Обобщена функционална схема на уреди за измерване на параметрите и характеристиките на сигналите
Регистриращото устройство служи за представяне на резултатите от преобразуването във форма, удобна за възприемане от оператора или за по-нататъшна обработка. Най-често то е стрелкови уред, телефонна слушалка, електронно лъчева тръба, цифров индикатор и др.

Захранващото устройство освен функциите, които изпълнява при уредите от първа група, често служи и като източник на калибриращо напрежение, необходимо за калибриране на уреда или за сравнение.

3. Уреди за измерване на параметрите и характеристиките на отделни елементи, двуполюсници, четириполюсници и вериги. Към тази група спадат различни измерватели на съпротивления, индуктивности, куметри, измерватели на честотни и преходни характеристики и други. Характерна особеност за тези уреди е, че в техния състав влизат както източници на сигнали, така и индикатори. Обобщената блокова схема е показана на фиг. 1.4 в два варианта: а – за двуполюсници и б – за четириполюсници.

4. Допълнителни елементи на измервателните схеми. Тук спадат спомагателни устройства, като атенюатори, декадни затихватели, симетриращи трансформатори и дросели, измервателни филтри, регулируеми дефазатори и др. Тези устройства се използват за регулиране нивото и фазата на сигналите, ограничаване и изменение на честотния спектър, в това число намаляване нелинейните изкривявания на измервателните генератори, симетриране на измервателните схеми и т.н.

Измервателните уреди се характеризират със следните по важни характеристики:


    1. входно съпротивление;

    2. изходно съпротивление;

    3. чувствителност;

    4. честотен обхват;

    5. динамичен обхват;

    6. диапазон на измерваните величини;

    7. разрешаваща (разделителна) способност;

    8. честотни изкривявания;

    9. нелинейни изкривявания;

    10. основни и допълнителни грешки.




Фиг. 1.4. Обобщената блокова схема на уреди за измерване на параметрите и характеристиките на отделни елементи, двуполюсници, четириполюсници и вериги.
От измервателните генератори се изисква да работят в даден честотен обхват при минимални честотни изкривявания, да имат определено изходно (вътрешно) съпротивление, да изменят в определени граници изходното ниво (при минимални нелинейни изкривявания), да не се надвишава зададената грешка при изменение на изходните параметри.

При желание да се поддържа изходното ниво независимо от промяната на товара се използват генератори с малко вътрешно съпротивление, а когато необходимо, да се поддържа постоянен токът – генератори с голямо вътрешно съпротивление. За да се получи нагаждане с измервания обект, се използват генератори с определено (например 600 , 150 ) вътрешно съпротивление.

От измервателните уреди от втора група се изисква да имат максимална чувствителност (минимална входна величина, необходима за точно отчитане), максимална разрешаваща способност (минимална разлика между две съседни стойности, която може да бъде различена от уреда), определено входно съпротивление (обикновено високо, а когато уредът се използва за товар с опре-делена крайна стойност), по-голям честотен обхват, по-малка грешка на отчитане и др.

Изискванията към измервателните уреди от трета група са подобни на изискванията, които се предявяват към уредите от първа и втора група.

От уредите от четвърта група се изисква да осигуряват необходимите стъпални и плавни изменения на нивата при минимална грешка и неизменност на характеристичното съпротивление (атенюатори, декадни затихватели), необходимия брой честотни ленти със зададено затихване и постоянство на характеристичното съпротивление (измервателни филтри), необходимото симетриране (симетриращи трансформатори и дросели), необходимия диапазон на изменение на фазата с минимална грешка при отчитане на фазата и при зададено входно и изходно съпротивление (дефазатори) и т.н.

Измервателните преобразуватели (ИП) са елементарни средства за измерване, които преобразуват дадена входна величина Х в друга (изходна) величина Y с оглед на решаването на определена задача: съгласуване на изходното съпротивление на източника на сигнала с входното съпротивление на измервателното устройство, съгласуване на големината на Х с нужната големина на Y (мащабни преобразуватели), реализиране на определена функционална зависимост между Y и Х (функционални преобразуватели) и др. В зависимост от вида на входната и изходната величина преобразувателите са аналогови, дискретни и аналогово-цифрови (АЦП) и цифрово-аналогови (ЦАП). Освен това те служат за преобразуване на електрически величини в електрически, електрически в неелектрически, електрически в магнитни и др. Най-важната характеристика на ИП е тяхната функция на преобразуване, т.е. зависимостта на изходната величина Y от входната Х:

Y = f(Х)

Важно е да се отбележи, че ИП за разлика от преобразувателите в други области на науката имат нормирани характеристики, чрез които при зададена грешка на Х може да се определи грешката на Y.

Устройствата за сравняване (компараторите) сравняват две еднородни величини Х1 и Х2, като първо се намира разликата = Х1 – Х2 и след това се оценява нейния знак. Така се определя коя от двете величини е по-малка и коя – по-голяма. Изходният сигнал е аналогов или цифров.

Комплексните средства за измерване служат за извършване на цялостен измервателен процес. Те се подразделят на измервателни уреди (ИУ) и информационно-измервателни системи (ИИС). Измервателните уреди са предназначени за измерване на една величина в даден момент на определено място. Чрез ИИС могат да се измерват голям брой величини (едновременно или последователно) на различни места, като получената информация се запаметява, обработва и обикновено се предава на по-малки или по-големи разстояния. Може да се каже, че ИИС са най-сложните и най-съвършените съвременни измервателни средства. Уредите и системите се подразделят на аналогови и цифрови. Те от своя страна могат да бъдат показващи и регистриращи.

Измервателните уреди се строят на базата на различни физически принципи. Те се подразделят на стационарни и портативни. Стационарните се монтират най-често на станоци, маси, подвижни пултове, автомобили, образувайки по този начин комплектни измервателни устройства.


    1. Структурни схеми на средствата за измерване.

Структурните схеми показват посоката на предаването на информацията в СИ, като се започне от входната величина Х и се стигне до изходната величина Y. Те се състоят от определен брой звена (блокове), които се представят в схемите с квадрат или правоъгълник, като се посочват и техните функции или коефициенти на преобразуване. Следователно структурните схеми са функционални, а не конструктивни схеми, като всяко тяхно звено е измервателен преобразувател (ИП) – фиг. 1.5.

На фиг. 1.6 е показана структурната схема на уред с пряко преобразуване. При него всички преобразуватели П са свързани последователно, без разклонения. Представлява интерес каква ще бъде стойността на общия (еквивалентния) коефициент на преобразуването К, ако се знаят коефициентите К1, К2, ...., Кn на преобразувателите П1, П2, ..., Пn. Той се намира лесно, като се използва формулата и като се проследят входната и изходната величина за всеки преобразувател:



или


К = К12. .... .Кn. (1.1)



Фиг. 1.6 Структурна схема на уред с пряко преобразуване
Всички електромеханични уреди имат структурни схеми с пряко преобразуване. На фиг. 1.7 е показана структурна схема на уред с уравновесяване. Вижда се, че в този случай схемата се състои от две вериги: на правото преобразуване с коефициенти К1, К2, ..., Кn, и на обратното преобразуване с коефициенти . На схемата е показано, че с обратните преобразуватели част от изходния сигнал Y се преобразува и се връща на входа като сигнал Xm, който се сравнява с входния сигнал Х в устройството за сравняване УС. По тази причина тези схеми се наричат схеми с обратна връзка (ОВ). Ако в УС сигналите Х и Хm се сумират, ОВ е положителна, а ако се изваждат – отрицателна. В измервателната техника се използва почти изключително отрицателната обратна връзка (ООВ), поради което тук се разглеждат основните съотношения само за този случай.

Веригите на правото и обратното преобразуване могат да се представят с по един еквивалентен коефициент на преобразуването – съответно К и , като съгласно с (1.1)

К = К1. … . Кn, а .


Фиг. 1.7 Структурна схема на уред с уравновесяване
Въз основа на означенията и на начина на свързване на преобразувателите в схемата от фиг. 1.7 могат да се напишат уравненията:

и ,

където с КF е означен еквивалентният коефициент на преобразуване на цялата схема. Тази система уравнения се решава по отношение на КF в следната последователност:



и се намира



, (1.2)

Уравнението (5.2) се използва широко в електроизмервателната техника и е от голямо значение по следните причини. Част от коефициентите в (1.2) са коефициенти на преобразуване на електронни преобразуватели или елементи. Техните стойности не са стабилни във времето, влияят се от температурата и други странични фактори. Поради това и еквивалентният коефициент К на правото преобразуване притежава същите недостатъци. Това е недопустимо, тъй като води до грешки при измерванията. При използване на обратни преобразуватели и реализиране на неравенството:



(1.3)

коефициентът КF от (1.2) добива вида



. (1.4)

Тъй като обратните преобразуватели се правят обикновено от пасивни елементи (резистори, кондензатори и др), които имат стабилни характеристики, коефициентът , а от там и КF могат да бъдат много стабилни и да се избегнат грешките.

На фиг. 1.8 е показана структурна схема на уред със смесено преобразуване. За еквивалентния коефициент на преобразуването Ке в този случай е валидно равенството:

, (1.5)

където К1 и К3 са коефициентите на необхванатите от обратната връзка измервателни преобразуватели.




Фиг. 1.8 Структурна схема на уред със смесено преобразуване


  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница