СОДЕРЖАНИЕ

ИСТОЧНИКИ ИСКАЖЕНИЙ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Регистрируемые величины, отражающие состояния УО, при прохождении через структуру ИС претерпевают значительные искажения, обусловленные неизбежным наличием погрешностей её элементов и воздействием помех.

Вследствии этого, состояния УО практически всегда удаётся зарегистрировать с некоторой погрешностью σ [76], которая определяется выражением:

σ² = σ²_ст + σ²_д + σ²_п, (1.9)

где σ_ст - статическая погрешность; σ_д - динамическая погрешность; σ_п - погрешность, обусловленная воздействием помех. Выражение (1.9) будем в дальнейшем называть результирующей погрешностью ИС.

Проведём анализ возникновения составляющих σ_ст, σ_д, σ_п результирующей погрешности (1.9) в ИС. Для этого рассмотрим назначение и принцип работы элементов типовой структуры ИС, приведённой на Рис.1.2.

Рис.1.2. Типовая структура ИС.

Блок ИП представляет собой измерительный преобразователь (датчик), устанавливаемый на УО. Он осуществляет съём и преобразование регистрируемых величин, отражающих состояния УО, в промежуточные физические величины [15]. Блок ВП представляет собой вторичный преобразователь, осуществляющий преобразование промежуточных физических величин, получаемых от ИП непосредственно в измерительный (электрический) сигнал несущий информацию об УО [6], [23], [31], [66], [71]. Такое преобразование очень удобно, так как дальнейшая обработка измерительных сигналов при формировании команд управления, осуществляется как правило на микроЭВМ. Канал связи служит для передачи измерительных сигналов от ВП в БУ.

В подавляющем большинстве случаев в ИП процессы съёма и преобразования регистрируемых величин, отражающих состояния УО, не могут происходить мгновенно, а происходят, как правило, с некоторым запаздыванием [76]. Такое запаздывание обусловлено инерционностью ИП, которая в конечном итоге и определяет динамическую погрешность σ_д ИС. Характер этой инерционности может быть любым. Так, при изменении состояний УО, измерительные сигналы достигают новых значений в одних случаях без колебаний (апериодически), в других случаях колеблясь с определенной частотой и амплитудой около нового значения, в третьих нарастая или уменьшаясь во времени со скоростью пропорциональной значению регистрируемой величины. Эта ситуация усугубляется тем, что состояния УО как правило изменяются довольно часто и с высокой скоростью. Поэтому, инерционность ИП не позволяет с высокой достоверностью следить за изменением состояний УО, и следовательно также приводит к искажениям измерительных сигналов.

Наряду с искажениями ИС, обусловленными потерями энергии в ИП и их инерционностью, существенное влияние на истинность значений, получаемых измерительных сигналов оказывает воздействие помех, интенсивность которых и определяет погрешность σ_п ИС. Так, например, возникновение электромагнитных помех является следствием воздействия магнитных и электромагнитных полей. Суть такого воздействия состоит в том, что оно порождает разность потенциалов на металлических частях и контактах ИП, а также на линии связи ИС с БУ. Эта разность потенциалов проявляется в конечном итоге, как неизбежное аддитивное добавление заранее неизвестного случайного сигнала (как правило с произвольной амплитудой, фазой и частотой) к измерительным сигналам. Кроме того, в ряде случаев ИП могут быть подвержены влиянию механических колебаний, которые проявляются в виде изменения внутренних электрических свойств ИП (тензоэффект) [84], (пьезоэффект) [35].

В частности это может повлиять на измерительный сигнал так, что последний оказывается промодулированным по амплитуде с частотой механических колебаний самого ИП. Влияние температурных флуктуаций УО может также отрицательно сказываться на точности работы ИП. Так, некоторые ИП предназначены для использования в достаточно "узком" интервале температур, обеспечивающем низкий уровень их собственных (тепловых) шумов [26]. Любое изменение температуры, выходящее за границы этого интервала, приводит к резкому повышению уровня собственных шумов ИП, что естественным образом будет искажать измерительные сигналы. Понятно, что воздействие помех на ИП, независимо от их природы, также приводит к искажениям измерительных сигналов.

Таким образом, в результате проведённого анализа возникновения составляющих; σ_ст, σ_д, σ_п результирующей погрешности (1.9) ИС, можно сделать вывод о том, что её искажения обуславливаются: 1) наличием неизбежных потерь энергии в ИП; 2) наличием инерционности ИП; 3) воздействием помех на УО, и как следствие на ИП.

Это делает необходимым поиск способов, позволяющих осуществлять эффективное снижение и компенсацию искажений, возникающих в ИП.