Структурная схема приборов прямого действия. Погрешности приборов прямого действия

К приборам прямого действия относятся измерительные приборы с разомкнутой структурной схемой. Структурная схема таких приборов показана на рисунке 1.22.

, .

Рис. 1.22. Структурная схема приборов прямого действия

ИЦ – измерительная цепь; ИМ – измерительный механизм; РУ – регистрирующее устройство (регистрирующий орган, носитель, механизм для перемещения носителя).

Данная структурная схема – основная структурная схема аналоговых электроизмерительных приборов, где ИЦ – измерительная цепь; ИМ – измерительный механизм; РУ – регистрирующее устройство (регистрирующий орган, носитель, механизм для перемещения носителя).

Погрешности измерительных приборов делятся на статистические, имеющие место при измерении постоянных величин после завершения переходных процессов в элементах приборов, и динамические появляющиеся при измерении переменных величин и обусловленные инерционными свойствами средств измерений.

Статические погрешности. Причиной появления статистических погрешностей (систематических и случайных) являются различные факторы, как внешние, так и внутренние по отношению к измерительному прибору. Например, постоянно действующие и меняющиеся по величине наводки, порог чувствительности звеньев, погрешности записи, изменения коэффициентов передач отдельных звеньев структурной схемы приборов.

Причинами погрешностей при записи показаний у регистрирующих приборов могут быть изменение геометрических размеров бумажных носителей под влиянием изменения влажности окружающей среды; смещение диаграммной бумаги, приводящее к несовпадению делений градуировочной сетки и отметок шкалы прибора; неправильное положение пера пишущего устройства; нестабильность скорости перемещения носителя. К числу основных источников внутренних наводок относятся силовые трансформаторы и модуляторы. Сдвиг нулевого уровня прибора, вызываемый постоянными по действию наводками, может быть скомпенсирован, и тогда он не вносит погрешности в измерения. Самопроизвольные изменения нуля (дрейф нуля), возникающие при действии наводок, случайных по значению, не поддающихся компенсации. Уравнение, описывающее статистический режим работы прямого действия, имеет вид:

, (1.6)

где a – угловое перемещение указателя и регистрирующего органа;

S – общий коэффициент преобразования (чувствительность).

Считая, что измерительная цепь прибора (ИЦ) состоит из измерительных преобразователей, получаем

, (1.7)

где k₁k₂ ...k_n k_им – коэффициент преобразования звеньев

Как указывалось выше, погрешность приборов прямого действия существенно зависит от измерения коэффициентов преобразования, дрейфа нулевого уровня и порогов чувствительности звеньев структурной схемы.

Следовательно,

, (1.8)

где g_К – погрешность измерения коэффициентов преобразования,

g_ДР – погрешность дрейфа нулевого уровня,

g_ПЧ – погрешность порогов чувствительности звеньев структурной схемы.

Для определения относительной погрешности от изменения коэффициентов преобразования найдем частные дифференциалы функции (1.6), принимая в качестве переменных значений коэффициенты преобразования. Учитывая (1.7), находим

, (1.9)

Отсюда следует, что достаточно высокая точность приборов прямого действия сопряжена с необходимостью обеспечивать стабильность коэффициентов преобразования всех звеньев и устойчивость их к воздействию внешних влияний. Для обеспечения постоянства коэффициентов преобразования принимают конструктивные, схемные и технологические меры.

Предположим, что второе звено структурной схемы прибора имеет дрейф нулевого уровня Ax, а третье порог чувствительности Axз, то погрешности, обусловленные этими факторами можно определить из выражен:

(1.10)

, (1.11)

где – значение дрейфа нуля и порога чувствительности.

Таким образом, погрешность от дрейфа нуля какого – либо из звеньев зависит от положения его в цепочке преобразователей (по мере удаления звена от входа погрешность уменьшается), как и погрешность, вносимая порогом чувствительности звеньев.