Конструктивные способы уменьшения погрешностей от действия внешних и внутренних помех

Конструктивные способы уменьшения температурных погрешностей

Они состоят в применении элементов, способных работать в широком диапазоне изменений температуры окружающей среды, и создание высокоэффективных охлаждающих систем и конструкций. Второй способ используется чаще.

Внутренние помехи возникают из-за наличия паразитных емкостей, индуктивных связей и т. п. Внешние помехи возникают из-за наличия силовых полей в месте работы АИУ.

Одним из способов борьбы с помехами является экранирование.

1. Для защиты от электрического поля используют экраны из материала, имеющего малое электрическое сопротивление. Им экранируют весь АИУ или его часть. Провода схемы экранируют гибкой оплеткой – чулком.

2. Экранирование магнитного поля производится экраном из ферромагнитного материала.

Методика проектирования АИУ

В этом разделе рассмотрим методику проектирования АИП, как наиболее типичную для АИУ.

Разработка изделия может быть рассмотрена как процесс, состоящий из последовательного решения ряда задач, исходные условия которых называются техническими требованиями. От уровня технических требований зависит методика решения задач. Конечным результатом разработки является комплект технической документации, необходимый для изготовления отдельных образцов или организации промышленного производства изделия.

Виды и последовательность работ, выполняемых в процессе изготовления, удается регламентировать. Установлен общий и единый для всех отраслей порядок разработки конструкторской документации. Цикл разделен на 5 стадий:

1) техническое задание;

2) техническое предложение;

3) эскизный проект;

4) технический проект;

5) разработка технической документации.

ГОСТом устанавливаются этапы, характеризующие содержание работ каждой стадии. На первой стадии разрабатывается техническое задание, проводится его согласование. Здесь формулируется назначение, технические и эксплуатационные параметры изделия, показатели качества, технико-экономические и специальные требования; определяются какие стадии или этапы работ необходимо выполнить.

На основе анализа технического задания, изучения достижений в данной области, проработки различных вариантов решения и их сравнительной оценки формируется группа документов под названием «техническое предложение». В выводах на данной стадии обосновывается целесообразность дальнейшей работы или показывается нецелесообразность, и показывается возможность использования выпускаемых промышленностью изделий.

На стадии эскизного проектирования разрабатывается документация, содержащая основные конструктивные решения. Отработка вариантов и проверка правильности найденного решения производится на макетах. После согласования и утверждения эскизного проекта разработка переходит на стадию технического проекта с этапами изготовления и испытания макетов, разработки документации, ее согласования и утверждения. Документация технического проекта должна содержать окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции разрабатываемого изделия.

На стадии разработки рабочей документации изготавливаются опытные образцы изделия и проводятся заводские испытания, в соответствии с которыми проводится корректировка чертежей. Опытные образцы предъявляются на госиспытаниях. В случае необходимости документация вновь корректируется и передается производству. На заключительных этапах планируется корректировка не только конструкторской документации, но и технологических процессов и технологической оснастки.

ТЗ в общем случае должно содержать разделы:

1) наименование и область применения;

2) основание для разработки;

3) цель и назначение разработки;

4) источники разработки;

5) технические требования;

6) экономические показатели;

7) стадии и этапы разработки;

8) порядок контроля и приемки;

9) приложения.

Могут быть и другие разделы.

1) дается наименование и условное обозначение, краткая характеристика области применения, указывается возможность поставки на экспорт;

2) приводятся данные, на основании которых проводится разработка, наименование и условное обозначение или шифр разработки (цифровая шифровка тем, этапов и сроков вводится для автоматизированного учета);

3) поясняется эксплуатационное и функциональное назначение изделия, перспективность его производства;

4) проводится перечень НИР и других работ, обосновывающих необходимость разработки;

5) формируются требования и нормы, определяющие показатели качества и эксплуатационные свойства изделия (основные технические параметры, в том числе метрологические характеристики, диапазон измерения, влияние внешних факторов и другие), требования к технологичности, надежности и безопасности работы, унификации и стандартизации, патентной частоте, эстетическим, эргономическим показателям и другие;

6) отражает ориентировочную экономическую эффективность и срок окупаемости затрат, предельную цену, а также экономические преимущества разрабатываемого изделия по сравнению с лучшими отечественными и зарубежными образцами;

7) сроки выполнения этапов рассматриваются как ориентировочные, подлежащие уточнению;

8) содержит перечень документов, которые следует согласовать и утвердить на отдельных стадиях разработки, и список согласующих организаций. Указываются общие требования к приемке работы и количество опытных образцов, предъявляемых приемочной комиссии, сроки и место проведения испытаний.

В приложении к ТЗ даются основные чертежи, схемы, расчеты и др., которые могут быть составлены в процессе разработки ТЗ и использованы на дальнейших этапах работы.

Иногда в качестве отдельного приложения дается технико-экономическое обоснование разработки, в котором объединены экономические показатели, данные о базовых конструкциях, анализ преимуществ нового изделия по сравнению с известными, уделяется внимание народно-хозяйственному значению темы.

Пятый раздел технического задания содержит расчет метрологических характеристик, в том числе погрешностей.

Обычно рассчитываются погрешности переносных приборов (имеется в виду приборы прямого преобразования) высоких классов точности (1,0; 0,5 и выше). Что же касается щитовых приборов класса 1,5; 2,5 и ниже, то расчет их погрешностей не производится, так как при проектировании предусматривались соответствующие конструктивные меры, снижающие погрешности до допустимых пределов.

Каждый тип приборов имеет свои специфические составляющие основной погрешности, но есть общие причины:

- погрешность от упругого последствия растяжек (или пружин) , шкальная погрешность (погрешность отсчета по шкале) , погрешность от трения в опорах и др.

- выбирают из таблиц.

- при зеркальном или световом отсчете рассчитываются по приближенной формуле

- коэффициент неравномерности шкалы (при = 1,3 шкала практически считается равномерной. В приборах с неравномерной шкалой ≥ 1,5).

мм – толщина ножа стрелки и отметки шкалы.

- длина шкалы, мм.

Погрешность от трения

Составляющие основной погрешности приборов представляют собой случайные величины с разными законами распределения. В общем случае они суммируются следующим образом:

- поле рассеивания i-ой составляющей.

Из дополнительных погрешностей наиболее значительными являются температурная , частотная , погрешность от внешних полей . Для их снижения для каждого типа приборов осуществляется соответствующим способом.

Если полученные в результате расчета значения погрешностей будут выше предельных, то в схему или конструкцию прибора вносят необходимые изменения, снижающие погрешности.

Аналоговые измерительные устройства прямого преобразования

Основы общей теории

АИУ прямого преобразования строятся по разомкнутой системе регулирования

ИЦ – измеритель-ная цепь;

ИМ – измеритель-ный механизм;

ОУ – отсчетное устройство.

Эти элементы расположены в одном корпусе.

ИЦ – служит для преобразования измеряемой величины Х в другую величину Y, удобную для воздействия на ИМ.

ИМ – осуществляет преобразование Y в угол поворота подвижной части α.

ОУ – часть конструкции прибора, предназначенная для считывания показаний х_n.

Принцип действия ИМ различных групп приборов различен и основывается на взаимодействии:

- для магнитоэлектрических приборов потоков постоянного магнита и проводника с током;

- для электромагнитных – на взаимодействии поля проводника с током и ферромагнитного сердечника;

- для электродинамических и ферродинамических – магнитных полей – неподвижных и подвижных контуров с токами;

- для электростатических – двух систем заряженных электродов;

- для индукционных – переменного магнитного потока проводника с током и индуцированных этим полем вихревых токов в подвижном элементе.

Вращающий момент измерительного механизма (ИМ) возникает вследствие того, что подвижные части ИМ стремятся занять такое положение, при котором энергия поля системы была бы максимальной

Если бы в ИМ был только один вращающий момент, то при любом его значении, отличном от нуля, подвижная часть отклонялась бы на один и тот же угол: до соприкосновения с неподвижными деталями ИМ. Поэтому для того, чтобы каждому значению входной величины поставить в соответствие только одно значение выходной, кроме вращающего в ИМ присутствует еще противодействующий момент. Обычно он создается упругими элементами: пружинами, растяжками, подвесами

где w – удельный противодействующий момент.

В логометрах противодействующий момент создается электрическим путем, и тогда

При установившемся отклонении

Из последнего выражения находится функция преобразования.

По шкале отсчетного устройства определяют показания прибора .

Магнитоэлектрический прибор имеет вращающий момент

Электромагнитный -

Электродинамический -

Ферродинамический -

Электростатический -

I – ток, протекающий по катушке ИМ;

L – индуктивность катушки.

I₁, I₂ – токи в катушке и рамке электродинамического и ферродинамического ИМ.

α – угол между этими токами;

с – емкость электростатического ИМ.

При отклонении подвижной части прибора толчком от положения равновесия на угол , она снова приходит в положение равновесия под влиянием устанавливающего момента