Средства измерения прямого преобразования в статическом режиме

Струк­турная схема средства измерения прямого преобразования показана на рис. 4, где П 1, П 2,..., П n — звенья; х — входной сигнал, несущий информацию об из­меряемой величине; х ₁, x ₂,..., х _n-1 — промежуточные сигналы; х _n — выходной сигнал.

Как видно из рис. 4, входной сигнал х последовательно претерпе­вает несколько преобразований, и в конечном итоге на выходе получает­ся сигнал х _n.

Для измерительного прибора сигнал х _n получается в форме, до­ступ­ной для непосредственного восприятия наблюдателем, например в виде отклонения указателя. Для измерительного преобразователя сигнал х _n полу­чается в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обра­ботки и (или) хранения.

Примером электроизмерительного прибора, имеющего структурную схему прямого преобразования, может быть амперметр для измерения больших по­стоянных токов. В этом приборе измеряемый ток вначале с помощью шунта преобразуется в падение напряжения на шунте, затем в малый ток, который из­меряется измерительным механизмом, т. е. преобразуется в отклонение ука­зателя.

Сигнал, несущий информацию об измеряемой величине, может быть не только неизменным во времени (постоянный ток, постоянное напряжение, по­стоянное усилие и т. д.), но и периодически изменяться во времени (переменный ток, переменное напряжение, периодически изменяющийся меха­нический мо­мент и т. д.). Поэтому анализ структурных схем следовало бы вести с учетом понятий: комплексный коэффициент преобразования, компле­ксная чувствитель­ность, комплексная погрешность. Однако далее для упрощения будем анализи­ровать структурные схемы только для наиболее часто встречающегося постоянного во времени входного сигнала.

Чувствительность (коэффицинт преобразования) средства измерения имеющего структурную схему прямого преобразования,

(6)

где коэФФициенты преобразования

отдельных звеньев.

Мультипликативная погрешность возникает при изменении коэфициентов преобразования. С течением времени под действием внешних факторов коэффициенты k ₁, k ₂,..., k _n могут изменяться соответственно на D k ₁, D k ₂,..., D k _n

При достаточно малых изменениях этих коэффициентов можно пренебречь чле­нами второго и большего порядка малости и тогда относительное изме­нение чувствительности.(коэффициен­та преобразования)

(7)

Изменение чувствительности (ко­эффициента преобразования) приво­дит к изменению выходного сигнала на величину Dx _n = Dx _n’ — x _n = (S + DS) x - Sx = DSx. Этому изменению выходного сигнала соот­ветствует абсолютная погрешность измерения входной величины

(8)

Как видно из (8), погрешность, вызванная изменением чувствитель­ности (коэффициента преобразования), является мультипликативной.

Относительная мультипликативная погрешность измерения g _М= DS / S.

Для оценки влияния этих дополнительных сигналов пересчитаем (приведем) их ко входу структурной схемы. Результирующее действие всех дополнительных сигналов будет равно действию следующего дополнительного сигнала на входе:

(9)

Результирующая аддитивная погрешность равна D x₀. Таким образом, как следует из (7) и (9), в средствах измерения, имеющих структурную cxeму прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными звеньями, и это затрудняет изготовление средств измерений прямого преобразования с высокой точностью.