В. А. Никитин с. В. Бойко

Структурные схемы и метрологические характеристики измерительных систем




и з м е р е н и я

оператор
Для измерительных систем можно выделять некоторые общие структурные схемы. На рисунке 11.1 и 11.2 показаны структурные схемы измерительных систем, используемых для автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Измерительная система, построенная по схеме на рисунке 11.1, обеспечивает одновременное измерение и регистрацию всех величин объекта измерения, а измерительная система, построенная по схеме на рисунке 11.2, -поочередно измерение и регистрацию.



О б ъ е к т
Рисунок 11.1 – Структурная схема для автоматического контроля и регулирования при управлении технологическими процессами.

и з м е р е н и я

оператор



О б ъ е к т
Рисунок 11.2 - Структурная схема для автоматического контроля и регулирования при управлении технологическими процессами.

Измерительная информация в приведенных измерительных системах формируется с помощью первичных измерительных преобразователей 1 и посылается в виде сигналов в канал связи 4. В измерительной системе рисунок

– 11.1, в зависимости от типа измеряемой физической величины, принципа действия первичного измерительного преобразователя и расстояния, на которое необходимо передать информацию, в состав измерительной системы могут быть включены помимо первичных измерительных преобразователей промежуточный измерительный преобразователь 2 и 3 - измерительные преобразователи. При этом измерительный преобразователь может располагаться территориально около первичного прибора или около прибора 5, измеряющего сигнал, поступающий из канала связи, представляющего последний в форме, удобной для восприятия человеком, и осуществляющего регистрацию. Измерительный прибор 5 называют вторичным прибором, считая при этом, что все измерительные преобразователи, работающие с ним в комплекте, являются первичными приборами. В измерительной системе - рисунок 11.2 с поочередным подключением первичных измерительных преобразователей к прибору 5 применяется коммутатор 6, который следует рассматривать как вспомогательное устройство. Для простоты на рисунке 11.2 показана измерительная система, в составе которой имеется только первичные измерительные преобразователи - блоки 1. В общем случае в нее могут быть включены промежуточные и передающие измерительные преобразователи. При этом выходные сигналы преобразователей всех измеряемых величин в отличие от системы, построенной по схеме рисунке 11.1, должны быть одинаковыми по природе и диапазону измерений. Последнее условие необходимо для
обеспечения возможности их измерения и регистрации одним и тем же прибором 5. В структурных схемах рассмотренных измерительных систем можно выделить цепочки, состоящие из измерительных преобразователей, каналов связи и вторичных приборов. Если для каналов связи нормированы те же характеристики, что и для измерительных преобразователей и приборов измерительной системы, то можно рассматривать последнюю цепочку как последовательное соединение нескольких преобразователей.
Функция преобразования измерительной системы через известные функции преобразования отдельных преобразователей может быть в общем случае записана в виде формулы (11.9) /8/

Y  f _n
... f₃f₂f₁X 


(11.9)

Если функции преобразования указанных преобразователей линейны, функция преобразования измерительной системы имеет вид (10.10) /8/



 ^ K_i  X

Y

(11.10)
_ ⁿ _
i 1 _

где Кi - коэффициент преобразования i - го преобразователя.

Динамические свойства измерительной системы определяются динамическими свойствами входящих в ее состав преобразователей. С позиций теории автоматического регулирования измерительную систему можно рассматривать как последовательное соединение ряда динамических звеньев. Поэтому ее передаточную функцию можно представить произведением передаточных функций преобразователей в виде формулы (11.11)

n

W _p_
 _ W_{i }p_, i1
(11.11)

Для измерительных систем обычно нормируются те же метрологические характеристики, что и для измерительных устройств. В то же время следует подчеркнуть, что до сих пор не найдено теоретически обоснованное и практически целесообразное решение задачи нормирования метрологических характеристик измерительных систем.

При выполнении технологических измерений имеется лишь информация о метрологических характеристиках измерительных устройств, входящих в измерительную систему. Обычно эта информация представляется в виде класса точности, что для измерительных устройств, используемых для технологических измерений, соответствует пределу допускаемой приведенной погрешности. Поэтому для приближенной оценки приведенной погрешности

измерительной системы из «n» включенных последовательно преобразователей с линейными функциями преобразования используют выражение (11.12) /8/


  ⁿ i1 ⁱ


, (11.12)

где γί приведенная погрешность ί-го преобразователя

Предполагается одновременное появление максимальных погрешностей одного знака при любых значениях измерений физической величины у всех измерительных преобразователей, составляющих конкретную измерительную систему. Для получения более реальной погрешности измерительных систем суммирование приведенных погрешностей преобразователей осуществляется вероятностным методом, т.е. используют выражение типа


dP _{ }  _,
dT T V_n V_g

Оценка погрешности измерительных систем, полученная с помощью выражения (11.12), является максимальной, тогда получаем выражение (11.13)

/8/

n

i
  _ ² ,


(11.13)

i1

При этом предполагается, что погрешности всех преобразователей независимы, закон распределения погрешностей для каждого из преобразователей является равномерным, а значение предела допускаемой приведенной погрешности определяют границы этого распределения. Если функции преобразования измерительных устройств, входящих в измерительную систему, не линейны, то для оценки ее приведенной погрешности используют выражение (11.14) /8/

_{ } , (11.14)
где Wi - коэффициент влияния для i-го преобразователя.

Определение коэффициентов влияния W_i осуществляется так же, как и при обработке результатов косвенных измерений, которые мы с Вами уже рассматривали.

2.