Другие предметы \ Основы метрологии и теории измерений

Динамические измерения. Проблемы динамических измерений. Входные сигналы и измеряемые величины. Погрешности динамических измерений, страница 20

(12)

Из этого соотношения видно, что погрешность зависит от выбранного характеристического сигнала и погрешности его воспроизведения, действительного оператора средства измерения и погрешности выходного сигнала . Поэтому, отталкиваясь от требований точности определения характеристики, то есть с погрешностью , можно установить требования к погрешности и на основании выражения (12). Поскольку

(13)

то по установленным погрешностям и можно с помощью выражения (3) установить требования к оператору и погрешности , а также к оператору и погрешности , то есть требования к элементам ГХИС и средству регистрации. Установив требования погрешности этих средств в динамических режимах, теперь можно установить требования к характеристикам этих средств. Исходим из того, что задан предел допускаемой погрешности СИТ в динамическом режиме, то есть

. (14)

Раскрывая левую часть, получаем:

, (15)

где и - частотные характеристики СИТ, - спектральный сигнал на его входе.

Выражение (15) позволяет проверить, удовлетворяют ли частотные характеристики конкретных СИТ установленным требованиям. Преобразуя левую часть неравенства (15), получим:

, (16)

где и - энергия сигналов и соответственно.

Пусть характеристика средств измерения представлена нелинейными частотными характеристиками и и пределами и - допустимыми отклонениями от них.

Подставим эти величины в выражение (16) и, предполагая отклонения и малыми, получим с точностью до бесконечно малых второго порядка следующее выражение:

, (17)

где ,

Выражения (17) позволяют при выбранных АЧХ и ФЧХ определить пределы допускаемых отклонений от них. Во временной области это выражение можно представить:

. (18)

Пусть характеристики СИТ заданы номинальной импульсной характеристикой и допускаемым отклонением от неё. Тогда из выражения (18) получаем выражение, аналогичное (17):

где

Динамическое градирование тензорезисторных датчиков переменных сил

Для измерения переменных сил широкое применение получили тензорезисторные датчики переменных сил ТДПС. При их разработке применяются в основном методы уравновешивания измеряемой силы другой силой с её измерением в условиях равновесия действующих сил. Наиболее точные результаты получаются тогда, когда в качестве уравновешивающих используют внутренние упругие силы, возникающие при деформации твёрдого тела внешней силой. О значении этой силы судят по вызванной ею деформации.

Преобразование действия силы в деформацию происходит в упругом элементе ТДПС, имеющем определённую массу. Поэтому практически все ТДПС инерционны. При измерении статических сил инерционность ТДПС не сказывается на точности измерения. Измеряя перемену во времени сил ТДПС испытывает волнение как внешней силы, так и силы инерции, вызывающей колебание упругого элемента, ………………. зависящего от частоты или длительности измеряемой силы инерции и массы колеблющихся элементов.

Градуировка и проверка ТДПС осуществляется статическими нагрузками, что не позволяет учесть влияние сил инерции. Поэтому для обеспечения достоверности переменных сил, наряду с определением статической характеристики преобразования, необходимо знать динамическую характеристику. Иногда динамическая погрешность ТДПС оценивается статическими методами, но эту методику можно применять не всегда. Часто колебательная система, образованная испытательным элементом и установкой, оказывается настолько сложной, что построение эквивалентной расчётной схемы проблематично. Экспериментальные динамические характеристики ТДПС могут быть получены двумя основными методами:

1) по отклику ТДПС на переменную силу, изменяющуюся по гармоническому закону представления характеристик в частотном диапазоне (АЧХ),

2) по отклику ТДПС на кратковременное импульсное или скачкообразное возбуждение с получением импульсной или переходной характеристики.

Для ТДПС, используемых в широком амплитудном диапазоне действия силы, надо знать амплитудную характеристику. Она позволяет правильно оценить пределы переменных и линейных динамических характеристик преобразователя.

Рассмотрим возможные пути реализации образцовых средств измерения и методы градирования ТДПС.

В основу создания ОСИ для воспроизведения переменных гармонических сил могут быть положены колебательные системы различной конфигурации.

1. Градировочная установка, основанная на способе градировки ТДПС путём нагружения их инерционными силами, возникает при колебании упругой системы этой установки, работающей в режиме автоколебаний.

Такой способ позволяет проводить градировку и поверку в широком диапазоне частот нагружения. Схема колебательной системы машины, основанная на этом способе, имеет вид:

Упругий элемент жёсткости градируемого ТДПС первым концом прикреплён к массе основной машины. В захвате ТДПС с массой укреплён упругий резонирующий элемент с жёсткостью , который другим концом соединён с инерционной массой . Нужно иметь набор резонирующих элементов и инерционных масс, чтобы составить из них колебательную систему с несколькими парциальными частотами в диапазоне рабочих частот градируемого ТДПС. При и парциальная частота упругого элемента ТДПС , а амплитуда колебаний . С массой соединён элемент жёсткости с массой на конце. Эта масса должна быть значительно меньше , а парциальная частота в 5-10 раз должна быть больше частоты . Вся установка возбуждается в режиме автоколебаний по первой форме. - амплитуды колебаний соответствующих масс, - возбуждающая сила, - координаты соответствующих масс.