3.10.2. Цифровые измерительные приборы

Интенсификация производственных процессов и научных исследований тесно связана с проведением измерений и обработкой результатов измерений при помощи автоматических измерительных систем. Переход к цифровой технике способствует использованию автоматических измерительных систем и методов активного контроля в процессе производства. В исторически короткое время цифровые измерительные приборы получили поэтому очень широкое применение.

Измеряемые величины разделяют на аналоговые, обладающие несчетным множеством значений по размеру, и квантованные, обладающие счетным множеством значений по размеру.

Применение цифровой измерительной техники связано с квантованием измеряемых величин и их кодированием.

Квантование величины — это операция создания при помощи меры или масштабного преобразователя сигнала, абсолютные или относительные размеры параметров которого имеют ограниченное число значение.

Кодирование — это операция перевода по определенным правилам формального объекта, выраженного совокупностью кодовых символов одного алфавита, в формальный объект, выраженный символами другого алфавита. При кодировании в качестве символов используют буквы алфавита, цифры в определенной системе счисления и различные условные знаки. Наиболее широко применяется числовое кодирование.

Цифровая измерительная техника имеет следующие преимущества по сравнению с аналоговой:,

□незначительные погрешности отсчёта благодаря устранению субъективных влияний (параллакса, усталости, психофизиологических особенностей операторов);

□быстрая и простая регистрация измеренных значений (запись, печать, запоминание);

□удобство контроля за технологическим процессом путем подключения к центральному контрольно-измерительному пункту и использования управляющей вычислительной машины;

□обеспечение автоматизации технологического процесса (измерение, управление, регулирование) путем подключения к управляющей вычислительной машине, работающей в реальном масштабе времени;

□простота коррекции погрешностей измерений с использованием соответствующих подпрограмм в электронных вычислительных устройствах.

На рис. 3.18 приведены принципиальные структуры аналоговых и цифровых измерительных систем.

Погрешность измерений при использовании цифровых измерительных приборов (не связанная с погрешностями, вызываемыми отдельными измерительными звеньями) зависит от наименьшего inaia квантования.

Измеренное

Аналоговая измеряемая величина 1

Xe(t);

Аналоговый первичный преобразователь

Аналоговое согласующее устройство

Измеренное

значение в цифровой формеХад{1)

Аналоговыя измерительная система

Оператор

Аналоговый или цифровой первичный преобразователь

Цифровое согласующее устройство

Измеренное значение в цифровой форме Xaq(t)

Блок обработки результатов измерений

Аналоговыя измерительная система ,

Рис. 3.18. Принципиальные структуры аналоговых и цифровых измерительных систем [46]

Цифровые измерительные приборы могут быть с аналого-цифровым преобразованием: на входе системы (чисто цифровые измерительные системы) характеризуются тем, что аналого-цифровой преобразователь одновременно является первичным измерительным преобразователем; на выходе; промежуточное (непрерывное преобразование величин в цифровые).

Наиболее часто используемые на практике измерительные системы с аналого-цифровым преобразованием на входе содержат первичные преобразователи линейных и угловых величин, а также преобразователи частоты.

Цифровые измерительные системы с аналого-цифровым преобразованием на выходе системы характеризуются тем, что аналого-цифровой преобразователь подключается к аналоговому согласующему устройству (усилителю, фильтру, решающему устройству и т. д.). Обычно для этого применяют аналого-цифровые преобразователи.

В цифровых измерительных системах с промежуточным преобразованием непрерывных величин в цифровые аналого-цифровой преобразователь располагается между аналоговым первичным преобразователем и цифровым согласующим устройством (усилителем, фильтром, решающим устройством и т. д.) и цифровые сигналы на выходе согласующего устройства снова преобразуются в аналоговые сигналы, например, для управления процессом с помощью гибридной аналого-цифровой техники.

Первичный преобразователь воспринимает непосредственно или косвенно измеряемую величину и формирует информативный параметр измерительного сигнала. Хорошо зарекомендовали себя цифровые измерительные преобразователи длин и углов, а также квазицифровые частотные измерительные преобразователи. Наряду с ними находят применение цифровые измерительные преобразователи усилия в перемещение.

3.11. Расчет точности кинематических цепей

В различных областях машиностроения и приборостроения применяют механизмы и механические передачи, к которым предъявляются требования мшема-

тической точности. Под кинематической точностью механизма или передачи понимается строгая согласованность движений (перемещений, скоростей или ускорений) ведомого и ведущего звеньев кинематической цепи. В одних механизмах требования относятся к угловым поворотам звеньев, в других — к согласованности угловых поворотов и линейных перемещений.

Ошибкой механизма, характеризующей его точность, называют отклонение действительного значения его выходного параметра от расчетного (идеального) значения. Ошибки механизмов возникают главным образом вследствие приближенности выбранной схемы, технологической неточности изготовления звеньев и элементов кинематических пар, неточности монтажа, износа трущихся элементов, внешних силовых воздействий, внутренних силовых явлений в механизмах при их движении и отличия условий эксплуатации (например, температуры и влажности окружающей среды) от номинальных.

В зависимости от характера связей между выходными и входными параметрами, то есть вида уравнений, описывающих поведение кинематической цепи, различают кинематические и динамические ошибки механизмов.

Кинематическая ошибка механизма определяется в основном его первичными ошибками, к которым относят отклонения размеров элементов кинематических пар, их формы и расположения от идеальных. К первичным ошибкам относятся:

1.Ошибка схемы (структурная ошибка) механизма возникает в том случае, если вместо идеального выбран теоретический механизм с более простой схемой, чем требуется. Так делают для улучшения эксплуатационных качеств механизма, то есть чтобы его ошибка была меньше, чем ошибка механизма с идеальной, но более сложной схемой.

2.Ошибка положения механизма — отклонение положений ведомых звеньев действительного и соответствующего ему идеального механизма при одинаковых положениях из ведущих звеньев. Если же ведущее звено действительного механизма займет неправильное положение, то соответствующее отклонение положения его ведомого звена называют ошибкой положения ведомого звена, или конечной ошибкой механизма.

3.Ошибка перемещения механизма, иод которой понимают разность перемещений ведомых звеньев действительного и идеального механизмов при одинаковых перемещениях их ведущих звеньев.

4.Мертвый ход — это ошибка, появляющаяся для одного и того же положения ведущего звена, но при различном направлении его движения. Эта ошибка существенно влияет на точность механических систем с реверсивным движением. Мертвый ход возникает вследствие зазоров в кинематических парах или упругой деформации звеньев.

Ясно, что результирующая точность любой сложной механической системы в конечном счете определяется точностью составляющих ее простых.

Методы определения ошибок механизмов. По форме методы решения задач точностных анализа и синтеза механизмов могут основываться на различных приближениях, в том числе теоретико-вероятноегиых. Известны следующие методы: