Matavimo teorija

 Pagal matavimo prietaiso keitimo charakteristikos pobūdį: • Netiesiškumo paklaida. Ši paklaida atsiranda dėl matavimo prietaiso keitimo charakteristikos netiesiškumo. Dažniausiai priimama, kad matavimo rietaiso keitimo charakteristika yra tiesinė. Bet koks nukrypimas nuo idealios (tiesinės) charakteristikos sukelia netiesiškumo paklaidas. • Multiplikatyvinės paklaidos (gain error). Ši paklaida kinta, tiesiškai didėja, didėjant matuojamam dydžiui. Tai dalinis netiesiškumo paklaidos atvejis. Tipinis tokios paklaidos atsiradimo atvejis, stiprintuvo stiprinimo koeficiento (S) pokytis. Angliškai ši paklaida taip ir vadinama- gain error- statumo (stiprinimo koeficiento)paklaida. • Adityvinės paklaidos (offset error) – pastovi visame matuojamo dydžio kitimodiapazone. Ji atsiranda dėl matavimo charakteristikos poslinkio (offset). 3 pav. Adityvinė paklaida. y = S ⋅ (x ± Δx) , S- statumas. • Kvantavimo paklaida. Ji atsiranda dėl laiptuoto matavimo charakteristikos pobūdžio skaitmeniniuose keitikliuose. Skaitmeniniuose matavimo prietaisuose be kvantavimo paklaidos dar egzistuoja ir diskretizavimo paklaida. Ši paklaida atsiranda dėl to, kad tolydinio signalo atskaitos imamos diskrečiais laiko momentais. Pagal matuojamo dydžio kitimą laike paklaidos skirstomos į statines ir dinamines. Jei per matavimo periodą Δt matuojamas dydis pasikeičia, tai dėl to gaunamos papildomos dinaminės paklaidos (dažniausiai per matavimo periodą gaunamas koks tai vidutinis įvertis). Joms sumažinti greitinami matavimai, arba imamasi specialių priemonių matuojamo dydžio stabilizavimui matavimo metu. Pagal pasireiškimo vietą matavimo procese: • Metodo paklaidos- tokios kurios atsiranda dėl matavimo metodo netobulumo. Dažnai matavimo metodai neįvertina absoliučiai visų matavimo metu vykstančių ir jų tikslumą įtakojančių reiškinių (pvz. kaip matavimo prietaiso įėjimas apkrauna tiriamą grandinę), naudojamos apytikslės ar supaprastintos išraiškos (t.y. matematinis matavimo modelis yra nepilnas arba netikslus), ir pan. Pvz.: • Instrumentinės (arba matavimo priemonių) paklaidos– tai matavimo priemonės paklaidos. Šios paklaidos dar skirtomos į pagrindnes ir papildomas. Matavimo prietaisui dirbant normaliomis sąlygomis jo paklaidos- pagrindinės. Jos būna įrašytos priemonės pase ir įvertina visų paveikiųjų dydžių (temperatūra, drėgmė, maitinimo įtampa, t.y. bet kas kas gali paveikti matavimo prietaiso tiklsumą) įtaką kai šie dydžiai yra nurodytose normos ribose. Jei nors vienas iš paveikiųjų dydžių išeina iš nurodytų normalių darbo ąlygų, tai sukelia papildomas paklaidas. Pvz.: aplinkos temperatūra 10...40°C, o matavimų metu 45°C , • Subjektyvios paklaidos. Jos atsiranda dėl operatoriaus nepatyrimo, jutimų netobulumo ir pan. Kaip pavyzdį galima pateikti rodmenų nuskaitymą rodykliniuose prietaisuose. Jie net tik kad gali būti įvairiai interpretuojami (ypač tarpinės reikšmės), bet ir gali priklausyti nuo žiūrėjimo kampo (dėl to, kad prietaiso skalė ir rodyklė yra nevienodame ukštyje). Pastarajai problemai sumažinti naudojamos skalės su atspindinčiais segmentais. Šios problemos nėra prietaisuose su skaitmeniniais indikatoriais. Pagal pasireiškimo būdą: • Atsitiktinės paklaidos. Kai matuojant žinomai pastovų dydį gaunami atsitiktinai kintantys (arba kitimo dėsnio nepavyksta nustatyti ir įvertinti) pakartotinių matavimų rezultatai, tai sakoma, kad matavimo paklaida yra atsitiktinė. Atsitiktines paklaidas sukelia greitai ir atsitiktinai kintantys aplinkos poveikiai, elektriniai triukšmai, vibracijos, signalų skaitmenizavimas ir kt. Atsitiktinės paklaidos gali būti umažinamos atliekant daugkartinius matavimus, ir vidurkinant tų matavimų rezultatus. Tokiu būdu gauto matavimo rezultato sklaida sumažinama N kartų, kur N- vidurkinimų skaičius. • Sistemingosios paklaidos. Tai tokios paklaidos, kurios kinta determinuotai, matuojant tą patį žinomą dydį. 7 pav. Sistemingosios paklaidos. Viršuje- pastovi teigiama, apačioje- auganti. Sistemingąsias paklaidas paprastai sukelia įvairūs aplinkos veiksniai: temperatūros, drėgmės, maitinimo įtampos kitimas ir pan. Sistemingosios paklaidos dydis, ženklas ir kitimo pobūdis nustatomas matuojant etaloninį dydį (dydžius- jei siekiama nustatyti, kaip sistemingoji paklaida priklauso ir kituose taškuose). Žinant nuo ko ir kaip priklauso sisteminga paklaidos dedamoji, ją galima pašalinti, įvedant priešingo atitinkamas korekcijas-pataisas, arba šalinant jas sukeliančias priežastis: stabilizuojamos maitinimo įtampos, termostatuojami prietaisai ar jų atsakingos dalys ir kt. (pvz. prietaisas, kuris skirtas dirbti horizontalioje padėtyje buvo naudojamas vertikalioje). Pataisa- tai sistemingoji paklaida su priešingu ženklu. Šiuolaikiniuose matavimo prietaisuose dažnai naudojamos automatinės sistemingų paklaidų korekcijos priemonės bei procedūros (pvz. įjungus prietaisą, jis automatiškai pasitikrina ir pasikoreguoja nulio tašką ir esant reikalui dar vieną ar kelis matavimo skalės taškus). Pasikeitus sąlygoms (pvz. pakitus temperatūrai ir dėl to pasikeitus sistemingosios paklaidos dydžiui) tokios procedūra automatinio pasitikrinimo ir avikorekcijos procedūros nesunkiai pakartojamos. Vienas iš veiksmingiausių būdų sistemingųjų paklaidų sumažinimui- pakeitimo metodas. Kai naudojant tą patį matavimo prietaisą pirma yra išmatuojamas matuojamasis dydis, o po to prijungiamas tokios pačios rūšies etalonas ir jo vertė keičiama tol, kol turimas matavimo rodys tą pačią reikšmė. Kaip matavimo rezultatas imama etalono nustatyta vertė, o ne matavimo prietaiso rodmenys. Tokiu būdu galima gauti matavimo rezultatą su etalono sistemingąja paklaida, kuri paprastai yra gerokai mažesnė, nei naudojamo matavimo prietaiso. Tačiau šis metodas dažniausiai yra labai brangus, nes reikalingas keičiamas etaloninis matuojamojo dydžio rūšies šaltinis. Kartais sistemingosios paklaidos sąmoningai priskiriamos atsitiktinių paklaidų klasei, kai paklaidos kitimo dėsnio nustatymas ir įvertinimas yra pernelyg sudėtingas ar brangus. Tai vadinama sistemingųjų paklaidų randomizacija. Vienu metu gali būti stebimos tiek sistemingosios, tiek ir atsitiktinės paklaidos, tada bendra paklaida S a Δ = Δ ± Δ . 1. FAZINIO KAMPO MATAVIMAS Faziniai matavimai yra aktualūs tiriant ir įvertinant signalų praėjimą pro grandines, matuojant suvėlinimo laiką. Faziniais matavimais yra grindžiamos įvairios koordinačių matavimo sistemos (navigacinės). Faziniai matavimai aktualūs matuojant fazinį suvėlinimo laiką įvairiose aplinkose, pvz.: ultragarso sklidimo fazinis greitis, EM bangų sklidimo greitis. Tai itin aktualu dispersinėse aplinkose, kai prie skirtingų dažnių yra skirtingi sklidimo greičiai. 1.1. GRANDŽIŲ FAZINIŲ CHARAKTERISTIKŲ MATAVIMAS K( jω ) = K( jω )e jϕ (ω ) K(ω ) – dažninė amplitudžių charakteristika, DACh, ϕ (ω ) – dažninė fazės charakteristika, DFCh. 2 signalas bus daugiau suvėlintas nei 1, forma nesikeis. Neharmoniniam signalui praėjus pro grandį su 3 pobūdžio DFCh ji bus suvėlintas bei pakis jo forma (dėl to kad vėlinimas skirtinguose dažniuose bus skirtingas). 1.2. FAZINIŲ MATAVIMŲ YPATUMAI 1) Fazinį kampą galima matuoti tarp tik tarp 2 signalų 2) Daugiareikšmiškumas ϕ + 2kπ matuojant duos tą patį rezultatą. Daugiareikšmiškumo problema prendžiama panaudojant amplitudinę signalų moduliaciją, bei įvairias sekimo- skaičiavimo schemas. 1.3. FAZINIO KAMPO MATAVIMO METODAI Nepriklausomai nuo matavimo metodo, turi būti du kanalai. Žymią įtaką fazės matavimo tikslumui gali sudaryti matavimo kanalų fazinių charakteristikų neidentiškumas (ypač tai aktualu aukštuose dažniuose). Fazinių charakteristikų nevienodumą galima įvertinti padavus tą patį signalą į abu kanalus. Faziniams matavimams galima panaudoti sinusinę skleistinę- Lisažu figūros. Matavimo paklaida priklauso nuo atskaitymo paklaidų. 1.4. FAZOMETRAS SU FORMUOTUVAIS (ELEKTRONINIS FAZOMETRAS) Formuotuvų išėjimuose gauname įtampas, kurių šuoliai sutampa su matuojamųjų signalų perėjimais per nulį. Teigiamų įtampų frontai keičia RS trigerio išėjimo būseną. Vietoj trigerio naudojamos įvairias logines operacijas atliekančios schemos (AND, OR, XOR). Gauname stačiakampę impulsų seką, kurių dažnis sutampa su matuojamo signalo dažniu, o trukmė ΔT yra proporcinga faziniam kampui tarp įėjimo signalų. Panaudojus skaitmeninį laiko intervalų matuoklį, galima išmatuoti ΔT , T ir apskaičiuoti ϕ fazinį kampą. Kita vertus filtro išėjime turėsime vidutinę įtampą 0 U : Šis matavimo metodas tinka iki 10 MHz. Pagrindiniai paklaidų šaltiniai yra kanalų fazinių charakteristikų neidentiškumas, formuotuvų suvėlinimo laikų neidentiškumas ir baigtinis greitaeigiškumas. Matavimo paklaida ≈ 1% priklausomai nuo ϕ . Dažnai tokia ar panaši schema vadinama faziniu detektoriumi, nes keičia fazinį kampą į nuolatinę įtampą. 1.5. KOMPENSACINIS MATAVIMO METODAS Čia NFI- nulinės fazės indikatorius. Išskirtinis šio metodo požymis kalibruotas fazės sukiklis. Fazės sukiklį deriname tol, kol matavimo išėjime gauname nulį. Fazę atskaitome sukiklio skalėje. Matavimo paklaidos: 1) sukiklio kalibravimo paklaida, 2) nulinio kampo nustatymo paklaida. Šis metodas naudojamas plačiame dažnių ruože, bet retai. 1). Esant žemiems dažniams, plačiai naudojami RC sukikl Kkeičiantis dažniui, keičiasi ne tik ϕ , bet ir amplitudė. Norint išspręsti šią problemą, galima panaudoti tiltelio schemą: Keisdami R , keičiame fazę. 2). Gali būti naudojami sukikliai su besisukančiu magnetiniu lauku. (Pramoniniuose dažniuose). 3). Aukštuose dažniuose 100kHz ÷10MHz gali būti naudojami fazių sukimui išderinti kontūrai: 1.6. FAZINIO KAMPO MATAVIMAS AUKŠTUOSE DAŽNIUOSE (10MHZ ÷GHZ) Naudojami du metodai, kurių esmė yra dažnio transformavimas išlaikant fazinius santykius. Maišiklių išėjimuose gaunami signalai: Nesunku įrodyti, kad esant identiškiems žemadažnių signalų kanalams faziniai santykiai tokie pat kaip ir aukštadažnių. Mikrobangiame ruože faziniams kampams matuoti naudojami: ilgosios linijos, “tampomi” bangolaidžiai, poliarizaciniai metodai. 1. GALIOS MATAVIMAS Galia kaip fizikinis dydis užima išskirtinę vietą. [vienetas] – W W išskirtinumas, kad per jį galima sulyginti elektrinę ir mechaninę galią (tiek vieną tiek kitą paverčiant į šilumą). P = UI Mechanikoje: kur A -darbas; t -laikas; F -jėga; s -kelias; m -masė; a -pagreitis. (1 kW=1,36 AG) Radiotechnikoje susiduriama su labai plačiu galių diapazonu. Su mažomis galiomis – priimant signalus (10-19 – 10-20 )W. Su didžiausiomis galiomis – radiolokacijoje ir radioastronomijoje, energetikoje (107 W). Todėl dažnai yra naudojamas logaritminis galios matavimo vienetas dBm: Elektrinės galios matavimas Jei nuolatinė srovė: P = UI . Jei srovė kintama, tai momentinė galia: P(t) = U(t) ⋅ I (t) . Jei įtampa periodinė, tai srovė irgi periodinė. Vidutinė galia per periodą T: Dažniausiai sutinkama sinusinės formos U ir I. čia U ir I - efektinės (vidurinės kvadratinės) U ir I vertės Galia Pvid = UI cosϕ vadinama AKTYVINĖ GALIA. Ji atlieka darbą, šildo. S = UI -pilnoji galia [VA] P = UI cosϕ -aktyvinė galia [W] Q = UI sinϕ -reaktyvinė galia [VAR] cosϕ reikšmė yra didelė energetikoje todėl yra matuojamas – kontroliuojamas. 1.1. GALIOS MATAVIMAS PRAMONINIŲ DAŽNIŲ GRANDINĖSE Vis dar plačiausiai naudojami elektrodinaminiai, ferodinaminiai elektromechaniniai keitikliai. Tokių keitiklių atsilenkimo kampas (veikiantis sukimo momentas) yra proporcingas aktyvinei galiai: Galia proporcinga pasisukimo kampui. Paklaida

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!