MATAVIMAI 1
1. MATAVIMŲ KLASIFIKACIJA.
Pagrindiniai apibrėžimai yra LR Metrologijos įstatyme, II straipsnis pagr. sąvokos.
Matavimas dydžio vertės nustatymas matavimo priemone.
Fizikinis dydis objekto savybė kokybiniu požiūriu vienoda, o kiekybiniu skirtinga.
Matavimo būdai:
1. pagal matuojamo dydžio kitimą:
a) statiniai (kai matuojamas dydis pastovus);
b) dinaminiai (kai matuojamas dydis kintantis);
c) tiesioginiai kai matuojamo dydžio vertė atskaitoma prietaiso skalėje betarpiškai.
d) netiesioginiai kai matuojamo dydžio vertė surandama remiantis žinoma to dydžio priklausomybe nuo tiesiogiai matuojamų dydžių;
e) visuminiai charakteringa ššių matavimų savybė ta, kad remiantis visuma atliktų matavimų apskaičiuojama kelių dydžių vertė.
Matavimai skirstomi:
• maksimalaus tikslumo priskiriami matavimai fizikinės konstantės nustatymui, prie jų priskiriami etaloniniai matavimai.
• kontroliniai matavimai pagal tiesioginį statusą gali būti:
• teisinės metrologijos srities:
1) atliekant matavimo patikros metu; 2) matavimai sveikatos apsaugoje; 3) veterinarijoje; 4) ekologiniuose matavimuose; 5) darbų saugoje; 6) nustatant produktų ir žaliavų kokybę; 7) nustatant prekių energijos, paslaugų kiekį ir vertę; 8) banko, muitinės, pašto matavimai; 9) teisėsaugos srityje.
Apibendrinta matavimo schema.
|Matavimo ffizikinis dydis| > |Matavimo keitiklis| > |Matavimo įtaisas| > |Matavimo indikatorius (jo gali ir nebūti)|
Matavimo keitikliai dar skirstomi I dvi dalis:
|Neelektrinis dydis (jėga, drėgmė ir t.t)| > |pirminis(elektrinis dydis (įtampa))| >|antrinis(kodas, skaičius, pasisukimo kampas)|
Matavimo keitikliai matuojamą fizikinį dydį pakeičia kkitu, dažniausiai elektriniu, taip pat jie suderina matuojamą dydį su matavimo prietaisu; keitiklio įėjimo dydis x, išėjime y: y f(x); paprastuose matavimuose tai tiesinė priklausomybė.
Minėti matavimai atliekami dviem pagrindiniais įvertinimo metodais:
1) betarpiško įvertinimo metodas.
2) palyginimo metodas ( šis metodas tikslesnis).
2. MATAVIMŲ VIENOVĖ.
Matavimų vienovė tai tokia būsena, kuriai esant matavimo rezultatai išreiškiami įteisintais vienetais su tam tikra neapibrėžtim (paklaida). Ji reikalinga tam, kad skirtingom priemonėm atlikti to paties dydžio matavimai sutaptų.
Matavimo vienovė užtikrinama:
1) mokslinėmis metrologijos tokios priemonės, kurios pagrindą sudaro tikimybinė teorija, statistika.;
2) teisinėmis – organizacinėmis metrologijos įstatymas, Valstybiniai standartai, kurie (suderinti su Europos Sąjungos ir kt.) normatyviniai dokumentai. Yra Valstybinė metrologijos tarnyba ir 5 metrologijos centrai;
3) techninėmis priemonėmis priemonės sudaro eetalonai (fizikinių dydžių). Lietuvoje dabar yra įteisinti šie etalonai: laiko, temperatūros, dažnio.
Kita grupė aukščiausio tikslumo priemonės.
Šiuo metu galioja vienetų sistema sukurta 1875m. sudaro fizikinių dydžių vienetų grupė, kuri leidžia išreikšti visus kitus pagrindinius vienetus.
Pagrindiniai SI sistemos vienetai:
• Metras ilgio vienetas (m);
stabilaus dažnio optiniai generatoriai, stabilaus dažnio lazeriai.
Panaudojant interferometrus ir tiksliai žinant lazerio bangos ilgį galima atkurti ilgio vienetą metrą. Metro neapibrėžtis pasiekiama 1010 m.
• Kilogramas masės vienetas (kg);
• Sekundė laiko vienetas (s); T 1/f ; sekundės neapibrėžtis 1013
• Amperas elektrinių dydžių vienetas sudaro spec. ritės pro kurios praleidžiant srovę, sukuriama tam tikra jėga. Amperas “ sveria”, neapibrėžtis 107. Voltas realizuojamas remiantis Džosusano metodu. Omas kvantinė holoefektu. Omo ir volto tikslumas didesnis nei ampero: I U/R;
• Kelvinas termodinaminės temp. vienetas (K). Molis medžiagos kiekio vienetas (mol). Faradas elektrinė talpa. Magnetinio lauko stiprumas H A/m.
3. MATAVIMŲ PAKLAIDOS IR JŲ KLASIFIKACIJA.
Matavimo tikslas nustatyti tikrąją matuojamojo dydžio vertę. Kiekvienas matavimas neleidžia nustatyt tikrosios vertės, tai reali vertė. Tie, kurie naudojasi etalonais, tie labiau artėja prie tikrosios vertės, mes, vartotojai, naudojame realia verte.
Kiekvienas matavimas lydymas paklaidų, kurios atsiranda dėl matavimo metodų netobulumo, priemonių netikslumo.
Priklausomai nuo pasirinkto būdo, “kilmės” ir kt. faktorių, matavimo paklaidos klasifikuojamos.
Paklaida skirtumas tarp matavimo metu gautos ir tikrosios reikšmės:
∆ x Q
Paklaida turi ženklą: “+” arba “”;
Pagal pasireiškimo būdą matavimo paklaidos skirstomos į:
1) Atsitiktinės kai kinta atsitiktiniai pakartotinai matuojant tą patį dydį:
Šių paklaidų kilmė įvairi: elektriniai triukšmai, trukdymai.
2) Sistemingos tokios, kurios yra pastovios:
Sistemingos paklaidos kartais gali būti traktuojamos kaip atsitiktinės. Tai vadinamos randomizacija.
Metodo paklaidos:
1) Dėl formulių supaprastinimo; 2) matavimo priemonių ir kkt.
Instrumentinės paklaidos atsiranda dėl (matuojamo) subjekto.
Pagrindinė paklaida tai matavimo priemonės paklaida jei dirbama normaliomis sąlygomis. Jos skirtingos įvairiems matavimams.
Papildoma paklaida toki, kuri gaunama vienam iš išorės faktorių nukrypus nuo leistinų ribų.
Pagal išreiškimo būdą matavimo paklaidos:
1) absoliučios: ∆ x Q;
2) santykinė: γ ∆/Q ∆/x;
3) redukuota: γr ∆/L Lnormuojanti reikšmė;
4) adityvi paklaida:
5) multiplikatyvi paklaida; pvz.: voltmetras.
6) kvantavimo paklaida gaunama dėl laiptos pakitimo charakteristikos:
teigiama paklaida neigiama paklaida svyruoja nuo + iki
Pagal matuojamo dydžio kitimą:
1) Statinė kuri gaunama matuojant pastovų dydį.
2) Dinaminė – gaunama dėl matuojamo dydžio kitimo.
4. ATSITIKTINIŲ IR SISTEMINIŲ PAKLAIDŲ MATAVIMAS.
Atsitiktinės paklaidos nustatomos pakartotinai matuojant tą patį dydį. Jei parodymai kinta, tada galima teigti, kad matavimo paklaida atsitiktinė. Dažnai egzistuoja ir tokia, ir tokia paklaida.
5. ATSITIKTINĖS PAKLAIDOS IR JŲ ĮVERTINIMAS.
Sistemingų paklaidų nėra. Atsitiktinių paklaidų tai atsitiktinių dydžių įvertinimui taikomi, tikimybių teorijos metodai. Pilniausiai šias paklaidas atspindėtų pasiskirstymo funkcijos (tankis).
Pasiskirstymą galima atspindėti pasiskirstymo funkcija:
P(x) matavimo rezultatai; P() paklaidų pasiskirstymo tankis;
F() ∞∞∫ P() d svarbus reikšmių išsibarstymas
Įvertinimui naudojami matavimo rezultatų pirmasis momentas, t.y.:
M [x] mx ∞∞∫ x (Px) dx
Matavimo reikšmių iišsibarstymą įtikėtinos reikšmės (matematinės vilties) atžvilgiu atspindi antrasis paklaidų momentas vadinamas dispersija.
D [x] D [] M [2] ∞∞∫ 2 P() d
Dispersija turi matuojamo dydžio kvadrato dimensiją. Vietoj jos dažnai naudojama: σ √D[] VKM vidutinis kvadratinis nuokrypis
Jis turės matuojamo dydžio dimensiją. Žinant atsitiktinį paklaidų pasiskirstymą, galima rasti tikimybę, kad paklaida neviršija tam tikros reikšmės.
6. PAGRINDINIAI ATSITIKTINIŲ PAKLAIDŲ PASISKIRSTYMAI.
Normalusis pasiskirstymas (gauso).
σ vidutinis kvadratinis nuokrypis.
Tikimybė, kad paklaida yra tam tikrose ribose:
P{1<<2} 12∫ P() d
Šio pasiskirstymo populiarumą sąlygoja:
1) remiantis didžiųjų skaičių dėsniui atstojamoji paklaida artėja prie normaliojo pasiskirstymo, jei yra didelis nepriklausomų dedamųjų dalių skaičius, t.y. jei paklaida yra daugelio sumos rezultatas. Tokia paklaida sutinkama įvairiausiuose matavimo prietaisuose.
2) dažnai pasiskirstymą laiko normaliuoju todėl, kad šiam pasiskirstymui yra gerai išvystyta teorija. Toks požiūris suteikia tam tikrą įvertinimo atsargą.
Tolygusis pasiskirstymas.
Rodo, kad nebus paklaidų mažesnių ar didesnių už 1/ 21 paklaidą.
Tokios paklaidos gaunamas dėl nejautrumo zonos elektromechaniniuose keitiklio dėl laisvumo,
kvantavimo paklaida irgi turi tolydųjį pasiskirstymą, tolygiai pasiskirsčiusi paklaidą`galime laikyti paklaidą dėl pjūklo formos trukdančių signalų; tolygiai paviršiuje laikoma matavimo prietaiso paklaida, jei ji pateikiama kaip leistinos paklaidos riboje. Šito reikia vertinant matavimo neapibrėžtį.
Trikampis (sipsono)
pasiskirstymas.
Trapecinis pasiskirstymas.
7. PERIODINIŲ TRUKDANČIŲ SIGNALŲ SU ATSITIKTINE FAZE PASISKIRSTYMAI.
Šiuolaikiniuose matavimo prietaisuose dažnai būna analoginė ir skaitmeninė dalis. Jiems būdinga maitinimo srovės šuoliai. Dėl tų šuolių gali šuoliškai keistis maitinimo įtampa, taip pat gali atsirasti įtampos kritimai schemos laiduose.
Analoginėje dalyje jis gali būti sustiprintas ir matuojant mažus dydžius gali sukelti žymią paklaidą.
Jei matavimas atliekamas asinchroniškai tuomet trukdymo sukelta paklaida gali turėti tik 2 reikšmes ±a, turime diskretinį pasiskirstymą.
Jie gaunami dėl maitinimo įtampų pulsacijų.
8. TIKROSIOS MATUOJAMO DYDŽIO REIKŠMĖS IR AATSITIKTINIŲ PAKLAIDŲ NEAPIBRĖŽTIES ĮVERTINIMAS.
Jei galėtume atlikti daug matavimų, tai būtų galima sudaryti eksperimentinį paklaidų pasiskirstymą.
Iš principo galima sugalvoti įvairių tikrosios reikšmės ir paklaidų įvertinimo būdų. Tačiau tikimybių teorijos yra įrodyta, kad matavimo rezultato aritmetinis vidurkis su didžiausia tikimybe atspindi tikrąją reikšmę.
Atsitiktinės paklaidos įvertinimui tikimybių teorija siūlo dispersiją:
S2x 1/n1 ni1Σ(xi x )2 pavieniam
Sx √S2x VKN
S2x 1/n S2x
Toks įvertinimas turi vieną trūkumą, kadangi neatspindi su kokia tikimybe rasta paklaida yra tam tikrose ribose.
Šio trūkumo nneturi intervaliniai įvertinimas. Jų esmė, kad greta paklaidos nurodoma ir tikimybė. Iš tikimybių teorijos žinoma Čebyševo nelygybė. Ji gali būti pritaikyta bet kokiam atsitiktinių paklaidų skirstiniui.
tp parodo, kiek kartų intervalas viršija vidutinį kvadratinį nuokrypį.
tp 2
2σ P{│δ│<2σ }0,95
Čebyševo: P {{ } 0,75
Kitas būdas yra paklaidų skirstinio žinojimas:
P{ δ1< δ< δ2} δ2 δ1∫ P(δ) dδ
Laikysime, kad skirstinys yra normalusis. Normaliojo skirstinio atveju:
σ galima žinoti tik atlikus daug eksperimentų.
Praktiniuose matavimuose galima apskaičiuoti:
Kai n virš 30, tada galiam laikyti: Sx σ
Jei matavimų skaičius mažesnis, tuomet reikia remtis stjudento pasiskirstymo skaičiaus padidėjusį pasikliautinį intervalą.
P{ │δ│3 matavimo rezultatą išmetame. Procedūrą kartojame tol, kol nelieka √>3.
11. SISTEMINGOS PAKLAIDOS.
Tai pastovios arba kinta determinuotu dėsniu pakartotinai matuojant tą patį dydį.
Prie sistemingų priskiriamos: teorinės ir metodo, instrumentinės, subjektyvios (atsitiktinės), paklaidos dėl matavimo priemonių nesuderinamumo.
Lėtai kintančios sistemingos paklaidos vad. progresuojančios. Jos atsiranda šylant prietaisui., dėl senėjimo elemento. Jos yra sunkiai aptinkamos, tačiau aptikus galima jas eliminuoti. Sistemingos paklaidos kartais gali būti traktuojamos kkaip atsitiktinės. Kiekvieno elemento nuokrypis sukels sistemingas paklaidas.
Elementarios sistemingos paklaidos.
12. NETIESIOGINIŲ MATAVIMŲ PAKLAIDOS.
Q F(Q1 , Q2 ,.Qn) tiesiogiai matuojami dydžiai.
Q + ∆ F(Q1 +∆1 ; Q2 +∆2 ;..; Qn +∆n)
√F/√Qi Wi įtakos koeficientas
R liekamasis narys
Priėmus, kad R 0:
Reikia žinoti įtakos koeficientą ir tiesiogiai matuojamų dydžių paklaidas. Tiesiogiai matuojamų dydžių paklaidos gali būti sistemingos, atsitiktinės ir mišrios. Nenustatytos sistemingos traktuojamos, kaip atsitiktinės.
Įverčio x tokiu atveju dispersija:
rij kord. koeficientas 1≤ rij ≤1
Nekoreliuotoms dedamosioms rij 0
1. R U/I ; ln R ln U ln I ; ∆R/R ∆U/U ∆I/I
∆R/R √(∆U/U)2 + (∆I/I)2 ; γR 2∆R /R
2. p U2/R ; ∆p/p √(2∆U/U)2 + (∆R/R)2
3. cos φ p/UI ; ∆ cos φ/ cos φ √(∆p/p)2 + ∆U/U)2 + (∆I/I)2
γcos φ 2√(∆p/p)2 + ∆U/U)2 + (∆I/I)2
13. BENDRA MATAVIMO PAKLAIDA.
1. Reikia išsiaiškinti kurios paklaidos sistemingos, kurios atsitiktinės.
2. Atsitiktines paklaidas įvertina joms būdingais metodais.
3. Analizuojamos sistemingos paklaidos, tarpusavyje sist. paklaidos algebriškai sumuojamos, gali būti sumuojamos kaip atsitiktinės:
= s + kSx k2
Sumuojant paklaidas keičiasi ne tik bendros paklaidos dispersija (jos dydis), bet keičiasi ir pasiskirstymas: artėja prie normaliojo.
Giliai nagrinėjant į šį faktą reikia atsižvelgti.
14. STANDARTINĖS MATAVIMO PATEIKIMO FORMOS. (savarankiškai)
15. BENDROS ŽINIOS APIE INFORMACINĘ ENERGETINĘ MATAVIMO TEORIJĄ. (SAVARANKIŠKAI)
1. Potencialiai matavimas tuo tikslesnis – kuo iš matavimo objekto paima daugiau energijos.
1) Prie kokios vidaus varžos išsiskirs max galingumas?
2) Prie kokio Rin išsiskirs max galingumas?
Ri = 0 gaunam max galingumą
Rin = Ri
2. Matavimo tikslumas ir spartumas yra priešybės.
16. MATAVIMO PRIEMONIŲ PAGRINDINĖS JŲ CHARAKTERISTIKOS.
Matavimo priemonių klasifikacija:
1) matus;
2) keitikliai;
3) prietaisai;
4) įrenginiai;
5) sistemos
Keitikliai keičia vieną fizinį dydį į kitą arba tą patį. Labiausiai paplitę neelektrinių dydžių keitikliai į elektrinių (temp. įtampa, jėga poslinkį). Svarbią vietą užima keitikliai; kodai – analogas ir aanalogas – kodas.
Skaitmen. keitikliai sudaro daugelio matavimo priemonių esminę dalį.
Matavimo prietaisai – jie leidžia išmatuoti fizikinio dydžio vertę.
Matavimo įrenginiai – visuma matų, keitiklių, prietaisų tarnaujančių kažkurio vieno fizikinio dydžio keitimu.
Matavimo sistema – tai visuma mat., keit., prietaisų sujungtų ryšių kanalais air turinčių skaičiavimo įtaisą.
17. PAGRINDINĖS MATAVIMO PRIEMONIŲ METROLOGINĖS CHARAKTERISTIKOS.
1) l = sl + kl leistina matavimo pabaigos riba, (matavimo neapibrėžtu)
sl leistina sisteminga paklaida;
kl atsitikt. Paklaidos vidutinis kvadratinis nuokrypis;
k 2
Ši paklaida yra normuojama, matavimo priem. Dirbant normaliomis sąlygomis.
Pastarosios reglamentuojamos matavim. priem. rūšių standartuose.
2) matavimo paklaida, kuri gaunama keičiantis vienam iš išorės faktorių. Tai papildoma paklaida;
3) įėjimo ir išėjimo impedansai:
Mechanikoje jėgos matavimo įrenginyje impedansą atitiko santykis: P/l
Išėjimo impedansai aktualūs generatoriams.
4) Matavimo priemonių dinaminės charakteristikos:
Dažninė amplitudžių charakteristika:
Juo F didesnis, tuo charakt. Greitaeigiškesnė.
Fazinė charakteristika:
18. MATAVIMO PRIEMONIŲ TIKSLUMO GERINIMO METODAI.
du keliai: pakeitimo char. stabilizavimas ir matav. arlgoritmo tobulinimas
1. Elementų bazės tobulinimas – atsparūs trukdžiams ir stabilūs
Invarejantiškumo principo taikymas – kuriamos schemos invarejantiškos (nejautrios) kažkokiam poveikiui
R1R4=R2R3 arba 2*R1R4=2*R2R3
Grįžtamojo ryšio naudojimas – dažniausiai naudojamas neigiamas grįžtamasis ryšys.
Įvairių stabilizavimo schemų panaudojimas – paprasčiausias įtampos stabilizatorius.
2. Matavimo algoritmo tobulinimas – paminėti tiesiniai metodai, nulio dreifo korekcija, pagalbinio matavimo metodas, atsitiktinių paklaidų mažinimas.
19. MATAVIMŲ NEAPIBRĖŽTIS.
Tai matavimo metu nustatytos fizikinio dydžio vertės įtikėtinų reikšmių intervalas.
Pakartotinų matavimų dėka, vidurkindami galime sumažinti matavimų nneapibrėžtį.
Paklaida sietina su matavimo priemone, o neapibrėžtis su matavimo rezultatu. Matavimo neapibrėžtis gaunama dėl nenustatytos paklaidos. Griežtas neapibrėžties įvertinimas yra sudėtingas, reikalauja specialių žinių, tai yra metrologijos objektas.
20. PAGRINDINIAI MATAVIMO PRIEMONIŲ ELEMENTAI.
MASTELIO KITIMO ĮTAISAI.
Jie kartais derinami su įėjimo grandinėmis. Pastarosios suderina matavimo prietaiso ir objekto impedansus.
Suderinimo funkciją kartais atlieka ir mastelio keitimo įtaisai (pvz. Transformatoriai)
Mastelio keitikliai dažniausiai būna prietaiso įėjime arba arti įėjimo.
1. Įtampos dalikliai:
K=U2/U1=R2/R1+R2 — perdavimo koeficientas
Pagrindiniai reikalavimai U dalikliams:
1. pastovus dalijimas dažnių ruože.
2. diskretinis dalijimo koeficiento keitimas.
3. tikslumas
Dažnių ruožą lemia rezistorių konstrukcija, parazitiniai talpumai.Konstruojant daliklius svarbu atsižvelgt į tuos faktorius.
Skaitmeniniuose matavimo prietaisuose dalijimo koeficientas kartotiniui 10n. k=10n
Analoginiuose prietaisuose k = 1 ½ 1/5 1/10; 1 1/3 1/10.
Kadangi analoginių prietaisų paklaida išreiškiama procentais nuo galinės skalės reikšmės, tai santykinė paklaida tuo mažesnė, kuo matuojama vertė bus arčiau skalės ribos.
Daliklio įėjimo varža. Jei daliklis yra matavimo prietaiso įėjime, tai perjungiant matavimo ribas, pageidautina, kad nesikeistų daliklio įėjimo varža.
RIN=R1+R2
RIN=Ri
Jei įėjimo varža nebus pastovi tai matuojant skirtingose daliklio padėtyse gausime skirtingus rezultatus. Prie didesnės įtampos prietaisų įėjimo varža didesnė. Aukštuose dažniuose (virš 10MHz) konstruojant daliklius
susiduriama su problemomis.
Idealizuotas rezistorius:
idealus:
realiai rezistorius
Aukštuose dažniuose kartais naudojami talpuminiai dalikliai: K C1/(C1 +C2). Trūkumas didelis įėjimo talpumas. Šiuolaikiniuose prietaisuose plačiai naudojami skaitmeniniai dalikliai.
Talpinis daliklis:
K=C1/(C1+C2)
Daliklio tikslumą lemia elementų tikslumas.
Šiuo metu matavimo priemonėse plačiai naudojami kodu valdomi (skaitmeniniai) dalikliai.
automatiniam matavimo ribų keitimui. Paklaida apie 1 %.
2. Ateniuatoriai – paskirtis sumažinti signalų lygį.
Jie būna generatorių išėjime. Būna mikrobangiuose įtaisuose. Jie mažina signalą. Pagrindinis skirtumas reikalauja išėjimo varžos pastovumo.
Jų taikymas asocijuojasi su galios matavimu, lygio, su matavimo generatoriumi.
Žemuose dažniuose naudojami rezistoriai ateniuatoriai
Aukštuose ddažniuose naudojami talpiniai ateniuatoriai
Mikrobanginiam ruože naudojami:
1. sugeriantys
2. ribiniai
3. poliarizaciniai
1. Bangolaidis (sugeriantys):
10 log P1/P2 – slopinimas.
2. Ribiniai ateniuatoriai – panaudojamos slopinančios bangolaidžio atkarpos (>kr)
3. Poliarizaciniai ateniuatoriai – poliarizuoja em bangas. Du tinkleliai, kurių vienas sukiojamas. Patys tiksliausi.
Optiniame ruože naudojami:
1) tamsinti pilki stiklai,
2) galima panaudoti atspindį, difrakcines gardeles.
3)
3. Matavimo stiprintuvai.
Jų paskirtis sustiprinti signalą, suderinti varžas. Jie turi didelę įėjimo ir mažą išėjimo varžas.
Papildomi reikalavimai, charakteristikos:
a) R in ; Riš ;
b) Uiš max maksimali išėjimo transformatoriaus įtampa; <
c) Utr. triukšmų įtampa;
d) Netiesiniai iškraipymai;
e) maitinimo charakteristikos.
Lyginant su kitais stiprintuvais, matavimai sudėtingesni.
Matavimo stiprintuvų triukšmus lemia: šiluminiai rezistorių triukšmai ir aktyvių elementų lauko tranzistorių triukšmai.
Mažatriukšmių stiprintuvų triukšmai dažnai išreiškiami tokia charakteristika: nV/√Hz 0,7 nV/√Hz
Nuolatinės srovės sstiprintuvams svarbi charakteristika nulio dreifas. Nulio dreifas gali dažnio būti traktuojamas, kaip žemo dažnio triukšmas. Kai išėjimo įtampos kitimas, kai įtampa pastovi tai nulio dreifas. Priežastis: aplinkos temperatūros kitimas, drėgmės sąlygojamų parazitinių talpų susidarymas.
Šiuolaikinių stiprintuvų nulio dreifas: <1 μV/ 0C (<1 μV/ 8 h)
Nulio dreifo ir triukšmų neįmanoma sumažinti grįžtamuoju ryšiu.
K1 U3/U1 R2/R1 ; K2 U3/U2 1+ R/R1
Naudojant OS galima gauti simetrinį įėjimą, leidžia sumažinti trukdymų įtaką.
Sinfazinių trukdančių signalų slopinimas pasiekiamas 100 dB ir daugiau. Simetrija pasiekiama 3 OS jungikliu:
OS leidžia pasiekti analoginį integravimą, diferencijavimą.
4. Transformatoriai. Jie keičia mastelį taip pat. n vijų skaičius
Jis atlieka tokias funkcijas:
1) suderina, transformuoja varžas; U12/R1 U22/R2 ; U12/ U22 R1/R2 n2
2) leidžia simetrizuoti įįtampą, gauti priešingas fazes:
3) Įgalina pasiekti galvaninį atskyrimą;
Matavimo transformatoriam skirtingai nuo galios transformatorių itin svarbus apvijų atskyrimas.
Žemuose dažniuose naudojamo permalojaus šerdys, aukštuose feritai.
Problemos: parazitiniai talpumai ir sklaidos induktyvumai.
Pasekmė: palyginus siauras dažnių ruožas. Netechnologiškas įtaisas.
21. NEELEKTRINIŲ DYDŽIŲ MATAVIMO MASTELIŲ KEITIKLIAI.
1.
2.
3.
22. KINTAMOS ĮTAMPOS (SROVĖS) KEITIMAS Į NUOLATINĘ.
1. U¬max
2. Vidutinės išlygintos reikšmės: Uvid 1/T ∫│U(t)│ dt
3. U √ 1/T 0T∫ U2(t) dt
Dėl diodo nejautrumo zonos išėjimo įtampa mažesnė. Norint gauti abu pusperiodžius, naudojama tiltelio sschema:
Trūkumas: nesimetriškai apkrauna signalo šatinį.
Paklaidų šaltiniai: temperatūrinė VACh priklausomybė.
23. AMPLITUDINIAI DETEKTORIAI (Atviro tipo).
Realių detektorių dėka išėjime gaunamos reikšmės mažesnės už tikrąją amplitudę.
Rin Um/I1m
24. AMPLITUDINIAI DETEKTORIAI (Uždaro tipo).
Kvadratiniai detektoriai naudojami signalų charakteristikų matavimuose. Šių detektorių realizavimui reikalinga kėlimo kvadratu operacija:
1. P U2/R
Ši operacija realizuojama termoelektriniuose keitikliuose.
2. Šiuolaikinėse mikroschemose plačiai naudojamas logaritmavimo metodas. Tuo tikslu naudojami pn perėjimai ir jų eksponentinės charakteristikos:
U ; ln U ; 2ln U ; ln U2 > U2 ; y ex
3.
Taip galime gauti VACh; 1% tikslumu.
25. DETEKTORIŲ TIKSLUMO DIDINIMAS.
1. Diodo VACh nejautrumo zona gali būti sumažinta perstūmus darbo tašką:
2.
3.
Tek termoelektrinis keitiklis
U √K2 U2 ~ ; URMS UVK (vidutinė kvadratinė reikšmė)
Upp (dviguba amplitudinė reikšmė)
26. SINCHRONINIAI ARBA FAZINIAI DETEKTORIAI.
Panaudojimas tiltelių schemose, išskiriant signalą iš triukšmo, faziniuose matavimuose. Jo schema atrodo taip:
Relės tsuv ~ 1 ms
LT lauko tranzistoriai nּ10 ns
Diodai, diodiniai tilteliai nּ10 ps
Veikimo principą iliustruosime diagramomis:
Priklausomai nuo valdymo impulsų padėties išėjime gautume vienokią ar kitokią įtampą.
, gautume: U k Um cos φ ; φ 2π (∆T/T)
Problema: triukšmas gali viršyti matuojamą signalą. Bet vidurkinant iš triukšmų galima iškirti naudingą signalą.
27. KITI ANALOGINIAI ĮTAISAI.
1. Galima realizuoti sandaugą:
2. Analoginiai sumatoriai; diferenciatoriai;
3. Filtrai. Jei matuojamas signalas sukoncentruotas tam tikrame dažnių rruože, dažnai tikslinga, kitus dažnių ruožus tiesiog nufiltruoti, taip sumažinama trukdymų įtaka. Šiuolaikiniuose prietaisuose filtravimas atliekamas skaitmeniniu būdu.
4. Analoginiai komutatoriai. Jie plačiai naudojami daugiakanaliuose matavimo prietaisuose.
28. INFORMACIJOS IŠVEDIMO ĮTAISAI.
Analoginiai prietaisai turi rodyklinius indikatorius. Esminė dalis elektromechaniniai keitikliai. Jei elektrinį dydį keičia mechaniniu į pasisukimo kampą.
1. Magnetoelektriniai keitikliai. Jų veikimas yra pagrįstas rėmelio, kuriuo teka srovė magnetinio lauko sąveika su pastoviu magneto magnetiniu lauku.
Jų veikimo esmę sudaro ritės kuriamo magnetinio lauko ir pastovaus magn. laukų sąveika. 2 variantai: kai juda magnetas ir kai juda ritė (dažniausiai).
Pagrindinės savybės:
1) didelis jautrumas,
2) aukštas tikslumas (0,1 tikslumo klasė),
3) tiesinė skalė (=kI).
Trūkumai: 1) Jautrus perkrovimams: į judančią ritę reikia perduoti srovę, todėl kontaktai ploni. Šie keitikliai naudojami užrašančiuose prietaisuose (kardiogramą), vietoj rodyklės naudojamas spindulys (maža inercija, galima stebėt iš bet kurios krypties). Jaučia srovės kryptį.
2. Ferodinaminiai keitikliai.
Kai 2 ritės, galimi įvairūs įjungimo būdai – nuoseklus, lygiagretus, per rezistorius. Sukimo momentas: Ms = k I1 I2 cos
Sujungus nuosekliai ar lygiagrečiai gaunam kėlimą kvadratu. Panaudojami vatmetruose. Nuolatinės srovės retai naudojami (nejautrūs). Jie tinka nuolatinei ir kintamai srovei. Jeigu per apvijas teka to paties dažnio skirtingų fazių srovės, tai pasisukimo kampas:
α k I1 I2 cos . Palanku matuojant aktyvią galią.
3. Elektromagnetiniai:
Privalumai: nereikia perduot srovės į judančią dalį, nebijo perkrovimų, tinka kint. ir nuolat. U ir I. Minusas: skalė netiesinė.
4. Elektrostatiniai:
Retai naudojami. Plokštelės traukia vieną kitą. Veikimas pagrįstas Kulono dėsniu. Naudojami aukštų įtampų matavimui (>100V). Išėjimo varža labai didelė (1010, 1015, 1019).
29. SKAITMENINIAI KEITIKLIAI.
Dauguma šiuolaikinių prietaisų turi analoginio signalo keitimo į skaitmeninį, galimybę. Skaitmeniniai prietaisai neturi subjektyvios paklaidos. Jie technologiški. Skaitmeninio signalo perdavimo ir apdorojimo galimybė yra labai gera. Skaitmeninio signalo gavimas vyksta diskretizuojant ir kvantuojant. Jei patenka tarp kvantų pagal algoritmą priskiriama prie didesnės arba mažesnės reikšmės.
Diskretizavimo dėsnis: f > 2fmax . Todėl prieš diskretizuojant naudojamas signalo filtravimas. Diskretizavimo dažnis 5-10 fmax (nes paskui negalima sukurti idealų ZD filtro. Kai kurie keitikliai neturi aiškiai išreikštų diskretizavimo momentų (dirba sukimo principu).
Pagrindinės keitiklių charakteristikos:
1) bitų skaičiavimas (prasideda nuo 8 bitų (plačiausiai yra naudojami 8-16 bitų));
2) pakeitimo trukmė arba dažnis (sampling), atvirkščiai proporcinga bitų skaičiui (8 bitai = 8 kHz);
3) netiesiškumo charakteristika.
Daugelis šiuolaikinių keitiklių skirtų neelektrinių dydžių matavimui.
30. KEITIKLIAI KODAS
– ANALOGAS (C/A).
Skaitmeniniai keitikliai keičia kodą į laiptuotą signalą. Esminės charakteristikos: dažnis ir bitų skaičius. Panaudojami skirtingos formos signalų generatoriumi, signalo sintezavimui.
Kodas valdo raktus. ri – vienas nuo kito skiriasi du kartus (gaunam dvejetainį kodą). Problema – gaut tikslias rezistorių reikšmes ir greitaeigius mažos varžos raktus. Gali būti ir kodų valdomas mastelio keitiklis (vietoj Uref naud.UIN).
31. KEITIKLIAI ANALOGAS – KODAS (A/C).
1) Sekimo keitikliai:
Į reversinį skaitiklį paduodami sinchroniniai impulsai. Priklausomai nuo komparatoriaus išėjimo lygio, reversinis skaitiklis skaičiuoja impulsus tiesiogine ar atvirkštine kkryptimi. Jei matuojama įtampa šuoliškai pasikeičia, vyksta sekimas.
Netinka AD (tik ŽD), vidutinio tikslumo (kartais aukšto), jautrus trukdymams.
2) Keitimo į laiko intervalą:
Trukumai – jautrūs trukdymams, mažas greitiškumas.
3) Keitiklis su dvigubu integravimu:
Iki laiko momento t1, raktas būna 1 padėtyje, tai integratoriaus išėjime auga įtampa (įtampa turi būti neigiama, bet nepatogu piešti). Padavus į įėjimą didesnę įtampa (b), sparčiau augs. Perjungus raktą į 2 padėtį, kondensatorius išsikrauna pastoviu greičiu, keitiklis lėtas, bet nejautrus trukdžiams.
TURINYS:
1. Matavimų klasifikacija.
2. Matavimų vienovė.
3. Matavimų paklaidos ir jų klasifikacija.
4. AAtsitiktinių ir sisteminių paklaidų matavimas.
5. Atsitiktinės paklaidos ir jų įvertinimas.
6. Pagrindiniai atsitiktinių paklaidų pasiskirstymai.
7. Periodinių trukdančių signalų su atsitiktine faze pasiskirstymai.
8. Tikrosios matuojamo dydžio reikšmės ir atsitiktinių paklaidų neapibrėžties įvertinimas.
9. Entropinis atsitiktinių paklaidų įvertinimas.
10. Grubių paklaidų aptikimas.
11. Sistemingos paklaidos.
12. Netiesioginių mmatavimų paklaidos.
13. Bendra matavimo paklaida.
14. Standartinės matavimo pateikimo formos. (savarankiškai)
15. Bendros žinios apie informacinę energetinę matavimo teoriją. (savarankiškai)
16. Matavimo priemonių pagrindinės jų charakteristikos.
17. Pagrindinės matavimo priemonių metrologinės charakteristikos.
18. Matavimo priemonių tikslumo gerinimo metodai.
19. Matavimų neapibrėžtis.
20. Pagrindiniai matavimo priemonių elementai.
Mastelio kitimo įtaisai.
21. Neelektrinių dydžių matavimo mastelių keitikliai.
22. Kintamos įtampos (srovės) keitimas į nuolatinę.
23. Amplitudiniai detektoriai (atviro tipo).
24. Amplitudiniai detektoriai (uždaro tipo).
25. Detektorių tikslumo didinimas.
26. Sinchroniniai arba faziniai detektoriai.
27. Kiti analoginiai įtaisai.
28. Informacijos išvedimo įtaisai.
29. Skaitmeniniai keitikliai.
30. Keitikliai kodas – analogas (c/a).
31. Keitikliai analogas – kodas (a/c).
