Задание №1. по дисциплине «Информационно-измерительная техника»

Эти приборы применяют для измерения постоянных и переменных токов и напряжений, мощности в цепях постоянного и переменного тока, частоты и угла фазового сдвига. Работа измерительного механизма основана на взаимодействии магнитных полей двух катушек с токами: неподвижной – 1 и подвижной 2. Подвижная катушка на оси или растяжках может поворачиваться внутри неподвижной. Обе катушки бескаркасные. Для защиты от влияния внешних магнитных полей применяются экранирование из ферромагнитного материала. При протекании в обмотках катушек токов I1 и I2 возникают электромагнитные силы, стремящиеся так повернуть подвижную часть, чтобы магнитные потоки катушек совпадали. Энергия магнитного поля двух катушек определяется выражением:

WM=1/2L1I21+1/2L2I22+M12I1I2, M12 - взаимная индуктивностей. М12 зависит от угла поворота подвижной части. Поэтому получаем: M=dWM/dα =I1I2· dM12/dα

Достоинства - электродинамические механизмы дают одинаковые показания на постоянном и переменном токе. Это позволяет с большой точностью градуировать шкалу. Показания стабильны во времени. Недостатки – низкая чувствительность, большое потребление мощности, чувствительность к перегрузкам. Механизмы ферродинамической системы отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет магнитопровод из магнитомягкого материала. В результате магнитный поток, а значит и вращающий момент существенно возрастают. Это позволяет уменьшить потребление мощности. Сильное собственное магнитное поле механизма ферродинамической системы ослабляет влияние внешних магнитных полей. Недостатки – гистерезис и вихревые токи сердечника вызывают появление дополнительных погрешностей. В электродинамических и ферродинамических амперметрах для токов до 0, 5 А катушки измерительного механизма соединяются последовательно. Для измерения больших токов катушки механизма включают параллельно.

26. Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называют такие, которые в соответствии со значением измеряемой величины образуют код, а затем в соответствии с кодами измеряемую величину представляют на отсчетном устройстве в цифровой форме. Код может подаваться в цифровое регистрирующее устройство, вычислительную машину или другие автоматические устройства, что обусловило широкое практическое применение этих приборов в технике. Например, такие электронные аналоговые приборы, как частотомеры и фазометры, вытесняются цифровыми приборами, которые обладают относительной простотой преобразования этих параметров в кодовый сигнал.

ЦИП состоит из двух обязательных узлов; аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и цифрового отсчетного устройства (ОУ). АЦП выдает код в соответствии со значением измеряемой величины. ОУ отражает это значение в цифровой форме. АЦП применяются также в измерительных, информационных управляющих и других системах и выпус­каются промышленностью в качестве самостоятельных средств измерения. Обычно они имеют на выходе двоичный код и могут быть значительно быстрее действовать по срав­нению с АЦП, применяемыми в ЦИП. Быстродействие же ЦИП ограничивается инерционностью зрительного восприя­тия. Многие ЦИП содержат предварительные аналоговые преобразователи (АП). Их используют для изменения масштаба входной величины Х или ее преобразования в другую величину y=f(x), более удобную для выбранного метода кодирования.

Метрологические и другие технические характеристики ЦИП определяются методом преобразования в код. В ЦИП, предназначенных для измерения электрических величин, применяются метод последовательного счета и метод поразрядного уравновешивания. Соответственно, различают ЦИП последовательного счета и ЦИП поразрядного уравновеши­вания (кодоимпульсные). В зависимости от того, какое зна­чение величины измеряется, ЦИП делятся на приборы для измерения мгновенного значения и приборы для измерения среднего значения за определенный промежуток времени (интегрирующие).

По роду измеряемой величины ЦИП подразделяются на вольтметры, омметры, частотомеры, фазометры, мультиметры (комбинированные), в которых предусматривается возможность измерения нескольких электрических величин и ряда параметров электрических цепей.

Основные технические характеристики ЦИП:

1) номинальная статическая характеристика преобразования;

2) диапазон измерений;

3) вид кода, применяемого в АЦП, количество разрядов, вес единицы младшего разряда кода;

4) разрешающая способность, характеризующаяся количеством уровней квантования;

5) входное сопротивление;

6) быстродействие;

7) помехоустойчивость – способность ЦИП выполнять свои функции в условиях воздействия помех, численно характеризуется коэффициентом подавления помех на входе ИП;

8) время измерения – интервал времени от момента начала цикла преобразования измеряемой физической величины до момента высвечивания показания на табло;

9) погрешности. Нормируются 4 основных составляющих погрешности:

- погрешность дискретизации;

- погрешность реализации уровней квантования;

- погрешность сравнения;

- погрешность от воздействия помех.

Первая относится к методическим погрешностям, остальные – к инструментальным и обусловлены технической реализацией ИП;

10) класс точности. Обычно в ЦИП для установления класса точности нормируется относительная погрешность, рассчитываемая по так называемой «двухчленной формуле»:

,

где - относительная погрешность;

- числа, выбираемые из того же ряда, что и класс точности;

- конечное значение установленного предела излучения;

- измеряемое значение ФВ.

Класс точности обозначается .

Структурная схема АЦП с времяимпульсным преобразованием

Структурная схема вольтметра с времяимпульсным преобразованием

Структурная схема вольтметра с двойным времяимпульсным преобразованием

Структурная схема частотомера

Упрощенная структурная схема хронометра