Классификация средств измерений
Введение
Электронные измерения – это: 1) измерения в электронике и областях, использующих электронные устройства и системы; 2) измерения, выполняемые на основе методов электронной техники и радиотехники, а также построение измерительных приборов на основе электронных блоков, в том числе на основе микропроцессоров.
Объектами электронных измерений являются значения физической величины, параметры и характеристики электрических сигналов, электрических цепей, компонентов и режимов этих цепей.
Электрическая цепь – это совокупность технических устройств для передачи, преобразования и приема сигнала.
Сигнал– это материальный носитель информации, представляющий собой некоторый физический процесс, один из параметров которого функционально связан с изменением физической величины. Этот параметр называют информативным. Диапазон сигналов, подлежащих измерению методами электронной техники, может составлять от долей мкВ до десятков кВ по напряжению и от 0 Гц до 100 ГГц по частоте.
Измерительный сигнал – это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.
Прежде чем говорить о параметрах сигналов, надо разобраться с их классификацией.
Классификация электронных сигналов.
Детерминированные сигналы – это сигналы, описываемые известными соотношениями, т.е. сигналы, мгновенное значение которых в каждый определенный момент времени известно. Эти сигналы могут быть непрерывными по значению либо дискретны.
|
|
|
Для непрерывного сигнала, как правило, измеряют не его мгновенное значение, а его интегральные характеристики:
1) постоянная составляющая сигнала
T – период сигнала (для детерминированного сигнала)
Uср – среднее значение.
2) переменная составляющая сигнала за период
3) средневыпрямленное значение сигнала за период
Обычно Uср.в. определяют только для симметричного сигнала, у которого Uср=0
4) среднеквадратическое значение сигнала за период
Именно по этой формуле и получается значение сетевого напряжения 220В (в настоящее время в Беларуси принят стандарт 230 В с несимметричным допуском +12 / -32 В. В результате предельные допускаемые значения в сети остались прежними (раньше было 220±22 В), но центр распределения вероятности поменялся. Подъем среднего напряжения в сети на 5 % при передаче одной и той же мощности снижает ток в сети на те же 5 %, а это приводит к уменьшению потерь в линиях передачи на 10 %, т.к. мощность потерь Р=I2Rлинии). Среднеквадратическое значение напряжения синусоидального сигнала называют действующим. Согласно определению, действующее значение напряжения переменного сигнала – это значение напряжения эквивалентного постоянного сигнала, вызывающего (на одинаковой нагрузке) такое же тепловое действие, как исходный переменный сигнал.
|
|
|
Несинусоидальные сигналы – могут быть представлены в виде сумм гармонических сигналов (гармоник) путем разложения функции, описывающей сигнал, в ряд Фурье.
Сигнал может быть представлен в виде:
k – номер гармоники;
U0 –постоянная составляющая;
w - основная частота;
Umax – амплитуда сигнала.
Среднеквадратическое значение такого сигнала определяется па формуле:
Связь между указанными значениями сигнала устанавливают коэффициенты амплитуды и формы сигнала:
Для синусоидального сигнала 
=1,1(1)
Несинусоидальный сигнал характеризуется коэффициентом гармоник, который определяется следующим образом:
U1 – амплитуда 1-й гармоники.
Отношение среднеквадратического значения напряжения суммы всех гармоник кроме первой, к среднеквадратическому значению напряжения первой гармоники.
В электронных измерениях в отдельную группу выделяют импульсные сигналы. Идеальный импульсный сигнал может быть описан двумя формами:
|
|
|
1 – единичной функцией
U(t)
t
t0
ì0, t<t0
1(t-t0) í
î1, t>t0
и d-функцией, которая представляет собой производную от функции 1(t)
U(t)
T
t0
ì0, t 
t0
d(t-t0) í
î 
, t=t0
d(t) – функция используется при описании операций стробирования и дискретизации.
Стробирование – квантование сигнала по времени:
И описывается формулой:
Дискретизация – это квантование сигнала по величине.
т.е. сумма отдельных строк отсчета.
Реальные импульсные сигналы, подлежащие измерению, разделяют на видео- и радиоимпульсы.
Видеоимпульсы – это однополярные сигналы, существенно отличные от 0 (или уровня принятого за 0) в течение ограниченного интервала времени. Как правило, они имеют треугольную, трапециидальную, прямоугольную форму.
Типичный видеоимпульс выглядит так:
tи – длительность импульса, отсчитывается по серединам переднего и заднего фронта.
tф, tср – длительность фронта и спада соответственно (длительность линейных участков).
Uмах – амплитуда импульса.
|
|
|
в1 – величина выброса.
в2 – выброс на срезе, определяется от нулевого уровня.
Среднеквадратическое значение такого сигнала определяется по формуле:
,
если периодический, а единичного импульса U®0, постоянная составляющая такого сигнала:
.
Радиоимпульсы – получают при сложении видеоимпульсов с колебаниями высокой частоты (модуляция видеосигналов).
Почти периодические сигналы – получаются в результате арифметического сложения периодических сигналов с несоизмеримыми периодами.
Случайные сигналы – это сигналы, мгновенное значение которых принимает одно из множества заранее неизвестных значений.
Случайный сигнал описывается в математике выборочной функцией, на практике мы имеем дело с реализацией этой функции. Реализация – это выборочная функция, определенная на некотором интервале времени.
При измерениях определению подлежат вероятностные характеристики случайного сигнала:
1 - математическое ожидание
k – номер реализации случайного процесса.
2 – корреляционная функция – представляет собой усреднение по ансамблю реализаций произведений мгновенных значений сигнала в моменты времени t и t+t/
Если корреляционная функция 
постоянна, т.е. не зависит от времени и математическое ожидание также постоянное, тоже не зависит от времени, то сигнал называют стационарным, а иначе – нестационарным.
Для стационарных сигналов mх(t) и могут вычисляться по одной реализации сигнала.
Математическое ожидание для k-й реализации:
соответственно корреляционная функция для k-й реализации:
если эти характеристики не зависят от номера реализации k, то сигнал называют эргодическим. На практике стационарные сигналы еще и эргодические.
Для стационарных эргодических сигналов вводят также следующие характеристики:
1) – средняя мощность сигнала
т. е. среднее значение квадрата сигнала, она характеризует энергетический уровень сигнала.
2) – дисперсия, определяется как средняя мощность переменной составляющей сигнала:
3) – плотность вероятности распределения случайного сигнала, т.е. вероятность того, что значение сигнала в произвольный момент времени будут заключено в определенном интервале.
4) – автокорреляционная функция, характеризует зависимость значения сигнала в момент времени t от его же значения в некоторый предыдущий момент времени (t-t), при этом нормированная корреляционная функция определяется как отношение автокорреляционной функции к дисперсии случайного сигнала:
5) – спектральная плотность мощности сигнала, т.е средняя мощность сигнала на единицу паласы частот.
Классификация средств измерений
В зависимости от функционального назначения и конструктивного исполнения различают следующие виды средств измерений:
· меры, предназначенные для воспроизведения физической величины заданного размера (однозначные меры) или ряда размеров (многозначные меры). В качестве примеров однозначных мер можно назвать гирю (мера массы), угольник (мера прямого угла), плоскопараллельную концевую меру длины. К многозначным мерам следует отнести измерительную линейку, транспортир, измерительный сосуд, а также ступенчатый шаблон, угловую концевую меру с несколькими рабочими углами;
· измерительные преобразователи, предназначенные для преобразования сигнала измерительной информации и выдачи его в любой форме, удобной для дальнейшего преобразования, передачи и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию оператором. Примеры измерительных преобразователей—термопара, пружина динамометра, микрометрическая пара винт-гайка;
· измерительные приборы, предназначенные для получения измерительной информации от измеряемой физической величины, преобразования ее и выдачи в форме, поддающейся непосредственному восприятию оператором. Прибор включает в себя один или несколько измерительных преобразователей и присоединенное к ним устройство отображения измерительной информации типа шкала-указатель, указатель-диаграммная бумага (показывающие или записывающие аналоговые приборы), либо типа числового табло, цифропечатающего устройства («цифровые» или дискретные приборы);
· индикаторы—особый вид средств измерений в виде технического устройства или вещества, предназначенного для установления наличия какой-либо физической величины или определения ее порогового значения (индикатор фазового провода электропроводки, индикатор контакта измерительного наконечника прибора линейных измерений с поверхностью детали, лакмусовая бумага, "индикатор пожара в помещении", индикаторы охранной сигнализации). В некоторых случаях в качестве индикаторов могут использоваться измерительные приборы (омметр при проверке обрыва в электрической цепи, часы-будильник, предельный электроконтактный измерительный преобразователь с визуальной или звуковой сигнализацией, называемый иногда «реле геометрических размеров»).
Основные и вспомогательные средства измерений и дополнительные устройства могут быть объединены в измерительные установки или измерительные системы.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 615; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!