Общие вопросы
Динамические измерения – измерения, связанные с использованием средств измерения в динамическом режиме, при котором нельзя пренебрегать изменением во времени их выходного сигнала. Их проводят при изучении закономерностей протекания физических процессов в исследуемых объектах. Поэтому роль измерений особенно велика в исследовании структуры материи, анализов и синтезов новых веществ, изучении объектов в экстремальных условиях и, во-вторых, в технологическом и производстве при создании новых технологических процессов и испытании новых аппаратов.
Актуальность восприятия, возникающая при динамических измерениях, одна из причин выделения их в самостоятельный раздел метрологии. Другая причина состоит в том, что для решения основных задач при измерениях используют специальный математический аппарат, не зависящий от физической природы измерений величин. Это позволяет рассматривать задачи данных измерений как общие для различных измерений и разрабатывать различные методы измерения.
Проблемы динамических измерений
Обусловлены стремлением обеспечить единство измерений при необходимости для современной науки и технического уровня точности. При этом возникают следующие задачи:
· передача размеров от эталонов к рабочим средствам измерения,
· нормирование динамических характеристик СИТ,
· оценивание и корректировка погрешности измерения.
Таким образом, динамические измерения не ставят перед исследователями новых метрологических задач, однако содержание и методы известных задач специфические. Передача размерных единиц СИТ отличается тем, что необходимо передавать не только измеряемую величину, но и время. Методы передачи размерных единиц и времени известны и точны, однако необходимо учитывать составляющую погрешности, возникающую при фиксированном времени. Значит, сложность с единицами измеряемых величин, Если возможно использовать СИТ в статическом режиме, то размер единицы можно передавать от соответствующего эталона, отобразив эту связь по существующей поверяемой системе. Если градуировать нельзя, то приходится создавать соответствующую поверяемую схему и обрабатывающие средства. Исходные средства измерения этих поверяемых схем должны воспроизводить единицу, по размерности согласованную с единицей, воспроизводимой соответствующим эталоном статики. В случае технико-экономической целесообразности воспроизведения единицы возможно создание эталона, как это сделано, например, для средств измерения пиковых ускорений при ударном движении.
Динамические характеристики выражают динамические свойства СИТ, то есть его способность реагировать на изменение входного воздействия. В зависимости от категории воздействия, то есть точки приложения. Можно рассматривать несколько видов динамических свойств СИТ: динамических свойств по отношению к измеряемой величине (информативный параметр входного сигнала), по отношению к влияющей величине, к неинформативному параметру входного сигнала, по отношению к помехе.
Динамические свойства СИТ влияют на результирующую погрешность измерения и поэтому динамические характеристики относят к метрологическим характеристикам СИТ. Их необходимо знать для выбора средств измерения, для получения результата, для оценивания погрешности измерения. Информация о динамических характеристиках должна содержаться в НТД, но ранее вопросы нормирования этих характеристик в отечественной и зарубежной практике решались по-разному, причём не всегда удовлетворительно. Поэтому был введен в действие ряд стандартов и метод указания по нормированию метрологических характеристик аналоговых и дискретных СИТ, разработан ряд нормативных документов, согласно с МОЗМ.
Динамические характеристики определяются по реакции СИТ на известный измеряемый сигнал. Несмотря на различие истинного сигнала в области измерения, методология и теория решения заданы общие. Широко применяется метод идентификации объектов, заимствованный из ТАУ.
При определении переходной импульсной и частотной характеристик основными являются прямые методы, при которых эти характеристики находят с помощью ступенчатого, дельта-импульсного и синусоидального сигналов. Устройства, реализующие прямые методы, позволяют на выходе исследуемого СИТ получить сигнал, представляющий искомую характеристику. Если выразить её в аналитической форме, это произведение известных математических аппроксимаций. Косвенные методы определения динамических характеристик существенно сложнее прямых. Задачи определения полной динамической характеристики по отклику СИТ на известный испытательный сигнал общего вида является некорректной. Некорректно поставленной называют задачу нахождения решения дифференциального, интегрального или другого уравнения, для которой нарушено хотя бы одно из условий корректности:
1) условие существует
2) оно единственно
3) оно непрерывно зависит от исходных данных
В метрологии, как и во многих технических приложениях математики, соблюдаются первые два, и нарушается третье условие. Следствием нарушения является то, что уточнение исходных данных, например увеличение числа отсчётов переменного сигнала приводит к снижению точности реле. В частности к наложению на решение колебаний с большой амплитудой, которые это решение совершенно подавляют. Решение некорректной задачи (регуляризация) сводится к фильтрации, эффект которой определяется тем, насколько полно учтены априорные сведения об исходном решении.
В косвенных методах чаще всего используются испытания сигналов тепловых форм, созданные с помощью специальных генераторов. Для исследования таких генераторов нужны СИТ заведомо более быстродействующие. При реализации косвенного метода, критерий близости искомой модели испытания СИТ должен базироваться на измеряемом этим средством параметре, то есть на функциональном.
К числу метрологических задач, возникающих при определении динамических характеристик СИТ:
1) оценка точности прямых методов
2) определение требований к временным и спектральным свойствам испытательного сигнала
3) установление требований точности воспроизведения характеристических и тепловых сигналов
4) разработка и модификация методов идентификации, то есть методов обработки экспериментальных данных
5) установление требований к метрологическим характеристикам измерительной аппаратуры, испытания для исследования и аттестации этих средств
6) разработка способов пересчёта характеристик, найденных экспериментально
7) разработка критериев для построения иерархической структуры определения характеристик СИТ
8) установка требуемой точности определения этих характеристик
Основные понятия
Динамические измерения характеризуются переменным выходным сигналом СИТ. Режим устройства или системы считается динамическим, если таковым является режим хотя бы одного из входящих в его состав СИТ. Принятое определение связано с характером изменения величины входного и выходного сигналов СИТ следующим образом.
В соответствии с принятым определением динамические измерения охватывают следующие задачи:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.