Performantele generale ale instalatiilor de masurare

Performantele generale ale instalatiilor de masurare

Performantele unui aparat de masura se impart in 2 categorii:

Statice - sunt evaluate atunci cand in aparatul de masura s-a atins echilibrul static.

Ele corespund masurarii marimilor constante sau a celor care variaza foarte lent (cvasistatice);

Dinamice - sunt definite ca performante suplimentare specifice cazurilor cand

marimea de masurat are o variatie rapida. Se are in vedere inertia (termica, mecanica, electrica) ca si fenomenele de disipare a energiei.

Performantele statice impreuna cu cele dinamice pot da o imagine completa asupra comportarii unui aparat la executarea unor masuratori.

Etalonarea statica - urmareste stabilirea unei relatii de legatura intre marimea de intrare si cea de iesire din aparat. In vederea stabilirii acestei relatii, marimea de intrare ia succesiv diferite valori din domeniul de masurare, urmarindu-se valorile corespunzatoare ale marimii de iesire. Toate celelalte marimi ce intervin in sistemul masurat trebuie mentinute la valori constante specificate de producator.

Orice variatie a unei marimi ce trebuie mentinuta constanta poate modifica substantial precizia etalonarii si implicit precizia masurarii.

Etalonarea ca operatie se realizeaza in functie de precizia ceruta astfel:

aparatele de inalta precizie se etaloneaza cu ajutorul etaloanelor secundare sau facand apel la o lege fizica;

aparatele de precizie mai scazuta se etaloneaza cu ajutorul aparatelor de inalta precizie;

in cazul productiei de serie aparatele se etaloneaza pe baze statistice.

Domeniul de masurare - este una din caracteristicile de baza de care se tine seama

la alegerea unui aparat. Aparatele sunt concepute sa lucreze intr-un domeniu limitat de valori pentru marimea fizica de intrare. In acest interval masurarea se face in conditii normale. Depasirea limitei maxime pentru marimea masurata are ca efect scaderea drastica a preciziei sau chiar distrugerea aparatului. In cazul in care nu cunoastem cu exactitate valorile marimii masurate se alege un aparat cu domeniu de lucru acoperitor; realizeaza posibilitatea selectarii gamei de valori masurate.

Sensibilitatea se evidentiaza prin aceea ca o aceeasi marime poate sa produca variatii diferite la marimea de iesire. Acest lucru se poate exprima matematic evaluand raportul dintre variatia marimii de iesire raportat la variatia marimii de intrare. 

Daca aceasta variatie are o caracteristica liniara, sensibilitatea "s" este constanta pe tot domeniul. In cazul in care caracteristica este neliniara trebuie definita sensibilitatea in fiecare punct.

Din aceasta cauza constructorii apeleaza in general doar la captoare care au o caracteristica intrare-iesire de tip liniar.

Obs - tendinta generala in constructia aparatelor de masura este de a construi aparate cu sensibilitate cat mai ridicata. Odata cu cresterea sensibilitatii la marimea de masurat creste sensibilitatea si la influenta factorilor perturbatori. Ex : radio.

Liniaritatea se refera la forma relatiei de legatura dintre marimea de iesire si cea de intrare. Tendinta generala in constructia aparatelor de masura este de a construi aparate cu caracteristica liniara. Caracteristica liniara are avantajul posibilitatii interpolarii liniare intre 2 diviziuni ale aparatului de masura. Abaterea de la neliniaritate trebuie specificata in caracteristicile aparatului de masura. Exista 2 modalitati de definire a abaterii de la neliniaritate:

ca raport intre abaterea maxima si domeniul de referinta considerate pe aceeasi axa de coordinate;

ca valoare maxima a raportului dintre abatere si valoarea corespunzatoare marimii masurate.

a) ; b).

Rezolutia si pragul de mobilitate - sunt 2 caracteristici care se evidentiaza la variatia lenta a marimii de masurat. La cresterea foarte lenta a valorii marimii de masurat se observa ca numai dupa depasirea unei anumite valori are loc si o deviatie a aparatului indicator.

Rezolutia se defineste ca variatia minima a marimii de intrare care produce o variatie ce poate fi detectata la aparatul indicator.

Pragul de mobilitate se considera ca fiind valoarea minima a marimii de intrare ce poate fi masurata. Ambele se raporteaza in general la domeniul de masurare. Aceste erori apar datorita jocurilor intre elementele mobile si a fenomenului de frecare uscata.

Fidelitatea se evidentiaza prin determinarea valorii unei marimi la intervale apreciabile de timp in aceleasi conditii. Cu cat dispersia rezultatelor este mai mica cu atat aparatul are o fidelitate mai inalta. La baza erorilor de fidelitate stau fenomenele de histerezis, eroarea de paralaxa, eroarea de interpolare etc.

Justetea - reflecta apropierea unui grup de masuratori de adevarata valoare a marimii masurate. Eroarea de justete se defineste ca diferenta intre valoarea adevarata si media aritmetica a grupului de masuratori efectuat.

Totalitatea abaterilor unui aparat de masura se evidentiaza printr-o caracteristica generala numita precizia aparatului care sintetizeaza toate erorile evidentiate anterior. Rezultatul global al tuturor erorilor formeaza eroarea de masurare. Pentru clasificarea aparatelor dupa erorile de masurare se defineste clasa de precizie a unui aparat. Clasele de precizie sunt standardizate.

Performante dinamice - se pot evidentia teoretic pe baza modelarii matematice a relatiei de legatura dintre semnalul de iesire si cel variabil de intrare. Modelul matematic folosit trebuie sa evidentieze cele mai importante efecte fizice care se produc in aparatul de masura. In forma sa generala, modelul se bazeaza pe constatarea ca cele mai variate componente ale aparatelor si sistemelor de masurare produc efecte datorate:

elementelor acumulatoare de energie - in sistemele mecanice, elementele elastice care sunt acumulatoare de energie potentiala si elemente inertiale care sunt acumulatoare de energie cinetica, corespunzator in electricitate avem condesatoarele ca acumulatoare de energie a campului electric si bobinele ca acumulatoare de energie a campului magnetic;

elementelor disipatoare de energie - aici avem in mecanica - rezistentele mecanice, hidraulice, penumatice, iar in electricitate - rezistentele electrice. Aceste elemente sunt date de frecarile intre elementele mecanice in domeniul mecanic.

Actiunea fiecarui element din aceste categorii poate fi caracterizata printr-o relatie

intre 2 marimi fizice din care una principala notata cu X si o alta secundara notata cu Y in conditii dinamice cand aceste marimi depind de variabila timp, relatiile pot fi de forma:

In domeniul mecanic:

XèF XèF

Yèx Yèw

In domeniul electric:

XèU

Yèq

;

;

.

Fiecare componenta a lantului de masurare poate cuprinde unul sau mai multe elemente din categoriile mentionate anterior care se pot reduce insa la cate un element echivalent corespunzator fiecarei categorii. In consecinta comportarea dinamica poate fi definita printr-o singura ecuatie de legatura intre semnalul de intrare exprimat prin marimea principala si semnalul de iesire exprimat prin marimea secundara.

Legaturile dintre marimile lantului elementelor componente se realizeaza facand apel la legile fundamentale corespunzatoare fiecarui domeniu. (legea echilibrului dinamic in mecanica, legile lui Kirchhoff ). In functie de modul de exprimare al relatiilor de legatura dintre X si Y rezulta o ecuatie de tip integral, integral-diferential, sau diferential. Se prefera scrierea sub forma diferentiala pentru care exista dezvoltata teoria matematica de rezolvare a relatiilor.

;

I termen - evidentiaza capacitatea sistemului de acumulare a energiei cinetice;

Al II-lea - capacitatea sistemului de disipare al energiei;

Al III-lea - capacitatea sistemului de acumulare a energiei potentiale;

Parametrii α, β, γ se numesc parametrii echivalenti caracteristici.

Daca un aparat sau o parte a acestuia au un comportament descris de o ecuatie diferentiala de ordinul II, sistemul de masurare este de ordinul II. Daca parametru α poate fi neglijat, sistemul este descris de o ecuatie diferentiala de ordinul I si sistemul se numeste de ordin I. Daca α si β pot fi neglijate sistemul are un comportament ideal (de ordin 0), marimea de iesire Y urmarind la scara variatia marimii de intrare.