Файл: OTIP.pdf

Погрешность приближения появляется в следующих случаях:

•при проектировании кинематической или электрической схемы прибора, в которой заданная, как правило, линейная характеристика реализуется приближенно звеньями с нелинейными функциями преобразования; в этом случае погрешность приближения называют погрешностью схемы; примерами приборов с такой погрешностью являются нелинейные рычажно-зубчатые индикаторы с равномерной шкалой (синусные или тангенсные механизмы), электрические приборы для измерения неэлектрических величин, построенные на базе неуравновешенного моста с нелинейной характеристикой;

•при использовании косвенного метода измерения, при котором измерительный прибор воспринимает вместо измеряемой величины некоторую другую, связанную с ней известной функциональной зависимостью; если выбранная формула косвенного метода измерения реализует заданную характеристику приближенно или параметры, входящие в нее не остаются постоянными, то возникающая при этом погрешность является погрешностью метода измерения; погрешность метода имеется в термоэлектрическом термометре вследствие вариации температуры холодного спая;

•в измерительных приборах с дискретным выходным сигналом, когда непрерывная величина квантуется по времени или по уровню.

Введение на этапе структурного синтеза погрешности приближения при

выполнении определенных условий по ее минимизации, как не парадоксально, приводит к значительному технико-экономическому положительному эффекту, обусловленному упрощением конструкции и технологии изготовления измерительного прибора. В результате повышается точность изготовления и сборки деталей и узлов, суммарная погрешность при этом оказывается меньше, чем у объекта с точной, но сложной схемой (небольшая погрешность приближения значительно перекрывается уменьшением технологических погрешностей). Кроме того, в связи с упрощением схемы повышается надежность и снижается себестоимость проектируемого устройства.

Инструментальные погрешности зависят от несовершенства технологического процесса изготовления прибора, от изменения геометрических размеров и физических параметров элементов прибора при изменении окружающих условий, от изменения характеристик прибора при изменении режимов питания.

• Погрешности от несоответствия параметров прибора номинальным значениям приводят к несоответствию индивидуальной характеристики прибора номинальной расчетной. Источниками причин, вызывающих погрешности производственно-технологического типа, являются:

– неидентичность технологических процессов и первичных компонентов, используемых при производстве материалов для деталей, что приводит к разбросу физических параметров, характеризующих свойства этих материалов

17

(плотности, модуля упругости, удельного электрического сопротивления, магнитной проницаемости и др.);

–несовершенство технологических процессов и неточность оборудования, применяемых при изготовлении деталей и элементов, что вызывает рассеивание их геометрических размеров;

–несовершенство сборочных, регулировочных и контрольных устройств и операций, что обуславливает погрешности узлов и блоков при их сборке и регулировке.

Производственно-технологические погрешности имеют случайный характер, и их исследуют вероятностными и статистическими методами.

Кчислу погрешностей от несоответствия параметров номинальным значениям относятся также погрешности из-за износа деталей и старения материалов и погрешности от внешних возмущающих воздействий (помех).

Влияющими факторами являются:

–климатические (температура, влажность, давление);

–механические (наклоны, переносные линейные и угловые ускорения, удары, вибрация);

–параметры режимов питания (напряжение, частота, давление, расход);

–параметры внешних полей (магнитных, электрических, радиационных, гравитационных).

Приведенные факторы, воздействуя на значения внутренних параметров прибора, искажают его показания. Например, повышение температуры вызывает изменение линейных размеров деталей, упругих свойств материалов, электрического сопротивления проводников, что в свою очередь приводит к непостоянству функции преобразования прибора и к появлению указанной составляющей погрешности. Исключить действие внешних возмущений невозможно, поэтому погрешность данного типа всегда присутствует. Она является случайной, хотя может иметь существенную систематическую составляющую, например, температурную погрешность.

Если влияющие факторы изменяются в пределах, оговоренных нормальными условиями, то учет этих факторов производится на этапе расчета основной погрешности. Если изменения выходят за указанные пределы, то их учитывают при определении дополнительных погрешностей.

дополнительных (вредных) воздействий, не предусмотренных принципом действия прибора, что приводит к нарушению механического или электрического равновесия измерительных цепей.

Для механизмов приборов источниками вредных воздействий могут быть все дополнительные силы и моменты сил:

–силы и моменты сил трения в опорах, направляющих и шарнирных соединениях;

–силы и моменты от неуравновешенности подвижной системы;

18

– силы и моменты от взаимодействия подвижной системы с внутренними магнитными и электрическими полями;

–аэродинамические, гидродинамические силы и моменты, возникающие при обтекании подвижной системы воздушными или газовыми потоками;

–гидростатические силы (при расположении подвижной системы в жидкости) и т. п.

Для электронных и электромеханических цепей причинами таких воздействий являются:

–паразитные термо-ЭДС в соединениях разнородных проводников;

–сопротивления утечек;

–паразитные индуктивные и емкостные связи;

–внутренние шумы радиоэлектронных элементов и т. п.

Погрешности рассматриваемого типа носят случайный характер.

2.3. Причины возникновения динамических погрешностей

Основные причины возникновения динамических погрешностей аналогичны рассмотренным выше, при этом, однако, имеются специфические особенности. Остановимся на них подробнее.

Основная динамическая погрешность подразделяется на собственную и вынужденную.

•Источниками собственной динамической погрешности являются инерционные и демпфирующие элементы, характеризуемые определенными параметрами (массой, моментом инерции, электрической емкостью и индуктивностью, теплоемкостью и т. п.). Наличие в измерительных цепях указанных элементов приводит к запаздыванию процесса преобразования и передачи информации, а также к динамическим искажениям выходного сигнала.

В механических измерительных цепях, имеющих подвижную систему, основной причиной погрешности являются инерционные массы. В случае преобразования тепловых величин имеет место запаздывание в установлении температуры из-за теплоемкости чувствительных и преобразующих элементов. В электрических цепях к источникам динамического искажения сигнала относятся емкости, индуктивности, взаимные индуктивности. Наличие нелинейностей в измерительной цепи (люфтов, гистерезиса, релейных элементов и др.) приводит к нелинейному запаздыванию.

•Вынужденная динамическая погрешность появляется из-за внутренних шумов и наводок, под влиянием которых в измерительной цепи генерируется паразитная переменная составляющая сигнала. В отличие от собственной погрешности, которая имеет место только при изменении входной величины, вынужденная погрешность в виде переменной составляющей сигнала присутствует даже в том случае, когда входная

19

величина сохраняет постоянное значение (автоколебательные режимы работы, шумы отдельных элементов).

Дополнительная динамическая погрешность возникает при отклонении условий работы прибора от нормальных и при воздействии на прибор дополнительных внешних возмущений. Рассмотрим примеры влияния различных факторов.

•Климатические воздействия: при колебаниях температуры в механической подвижной системе с жидкостным демпфированием существенно изменяется вязкость жидкости и соответственно коэффициент демпфирования, что проявляется в изменении степени успокоения подвижной системы и длительности переходного процесса.

•Механические воздействия оказывают вредное влияние на устройства, содержащие механическую подвижную систему:

–линейная вибрация: если подвижная система не уравновешена, то под действием вибраций возникает знакопеременная инерционная сила, раскачивающая систему, что приводит к появлению переменной составляющей выходного сигнала; при наличии люфтов в опорах, направляющих или шарнирных соединениях возникают нелинейные колебания подвижной системы, которые могут сопровождаться эффектом детектирования с односторонним смещением выходного сигнала;

–угловая вибрация (крутильные колебания): если ось колебаний совпадает или параллельна оси вращения подвижной системы, то при совпадении частот колебаний появляется переменная составляющая сигнала, причем ее амплитуда может быть очень значительной; если оси не параллельны, то наряду с переменной составляющей появляется постоянное смещение выходного сигнала;

–линейные и угловые переносные ускорения вызывают увеличение сил и моментов трения в подвижных элементах, приводят к изменению собственной частоты колебаний механической системы.

•Электрические и электромагнитные воздействия:

–наличие паразитных параметрических (резистивных, индуктивных, взаимоиндуктивных, емкостных) связей между проводами внешней кабельной сети приводит к наложению на полезный электрический сигнал помех с различным частотным спектром;

–внешние поля создают наводки в электрических цепях;

–пульсация напряжения питания электронных приборов служит причиной появления переменной составляющей в выходном сигнале.

•Сопровождающие помехи на входе прибора: если на вход прибора подается измеряемая величина, на которую наложена аддитивная помеха с каким-либо частотным спектром, то в соответствии с передаточной функцией эта помеха, ослабленная или усиленная, обязательно проходит на выход и создает дополнительную динамическую погрешность.

20