1. Метрологические характеристики
Расчёт класса точности
Класс точности является обобщённой метрологической характеристикой средств измерений (СИ) и определяется пределами допускаемых погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на точность измерений. Класс точности указывается в сопроводительной документации на СИ или на шкале отсчётного устройства в виде обозначения, соответствующего форме выражения пределов допускаемой основной погрешности по ГОСТ 8.401-80.
Исходные данные:
- верхний предел измерений.
Предпочтительное значение измеряемой величины x должно соответствовать примерно 0.75 от верхнего предела измерений:
Предел допустимых основных погрешностей пьезоэлектрических преобразователей возьмем из таблицы (ГОСТ 3044-74)
Где слагаемое является аддитивной составляющей, а слагаемое - мультипликативной.
b=
Расчёт численного значения класса точности сводится к определению постоянных c и d с учётом, что 2<c/d<20, с и d найдем по формулам:
;
,
где c и d – положительные числа.
Значение с для приборов переменного тока должно находиться в пределах 0.01<c<0.1.
Полученное значение с=0.04 входит в заданные пределы.
Класс точности:
Пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по формуле:
Абсолютная погрешность
Определение выходного кода и его параметров
Выходной код и его параметры выбираются по ГОСТ 26.014-81 «ЕССП. Средства измерений и автоматизации. Сигналы электрические кодированные входные и выходные».
На вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выхода аналогового канала поступает сигнал S с некоторой погрешностью; АЦП за счёт квантования аналогового сигнала вносит дополнительную погрешность. В результате величина Z на выходе АЦП будет иметь некоторую погрешность. При аддитивном характере составляющих погрешности и результирующая погрешность будет определяться как:
Суммарное среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) погрешности преобразования:
, (1)
где: - с.к.о. погрешности аналогового сигнала;
- с.к.о. погрешности АЦП за счёт квантования;
∆S - шаг квантования, которому соответствует погрешность
Здесь, т.к.для входного сигнала принят закон равномерного распределения.
Влияние составляющей, распределённой равномерно, приводит в их композиции к уменьшению доверительных интервалов при заданной доверительной вероятности по сравнению с нормальным законом. Если отношение 0.5∆S/δs=0.1…1.0, то доверительный интервал ±1.7δz имеет доверительную вероятность P=0.98. При отношении 0.5∆S/δs<0.1 при Р=0.99 доверительный интервал будет равен ±2δz.
При отсутствии систематических погрешностей и принятии допущения о том, что случайная погрешность распределена нормально, можно установить зависимость между приведённой допускаемой погрешностью γ и с.к.о. этой погрешности.
При этих условиях 95% значений случайной погрешности находится в пределах от -2δs до +2δs.
Примем
откуда
Если с.к.о. погрешности от квантования принять равным δs,то
суммарное с.к.о. в результате квантования согласно (1) увеличивается на 41% по сравнению c δs.
Если принять ∆S=δs, суммарное с.к.о. увеличивается только на 4%,т.е. в этом случае квантование почти не изменит с.к.о. суммарной погрешности. Этому соотношению примерно соответствует минимально допустимое отношение с/d=2, установленное ГОСТ 14014-82 и соответствующее равенству аддитивной и мультипликативной составляющих погрешностей.
Шаг квантования (цена единицы младшего разряда кода)
где;
Номинальное число ступеней квантования (разрешающая способность)
Число разрядов кода
Вид кода: двоичный нормальный
Функция преобразования (статическая функция преобразования) - функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов.
При определении функции преобразования учитываем, что аналоговый канал представляет собой линейную цепь прямого преобразования последовательного типа.
Номинальная функция преобразования:
где , К1,К2, КЗ,К4 - коэффициенты преобразования отдельных звеньев цепи
Таким образом, номинальная функция преобразования имеет вид:
U=k*k*k (T),
где U- напряжение;
k1 – коэффициент преобразования термопары;
k2 – коэффициент преобразования усилителя;
k3 – коэффициент преобразования фильтра;
Т – температура.
Чувствительность СИ – приращение информативного параметра выходного сигнала ∆y СИ к вызвавшему его приращению информативного параметра входного сигнала ∆x:
При линейной статической характеристике преобразования чувствительность постоянна и равна:
где
где мВ- термоЭДС термоэлектрических термометров типа ТХА стандартной градуировки ХА при температуре свободных концов 0ºС ГОСТ 3044-74
Фильтруемый усиленный сигнал не изменяется по частоте.
Порог чувствительности – наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое с помощью данного СИ. Значение порога чувствительности аналогового канала, предвключённого к цифровому СИ не должно быть меньше цены деления младшего разряда выходного кода, поэтому принимаем его равным 0.01 кг.
2 Динамические характеристики
Динамические характеристики - характеристики инерционных свойств СИ, определяющие зависимость выходного сигнала от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.
Общая передаточная функция имеет вид:
К (р)общ= k(р)*k(р)*k(р).
k1(р)– передаточная функция термопары;
k2(р)– передаточная функция усилителя;
k3(р)– передаточная функция фильтра
р – оператор Лапласа.
Коэффициент демпфирования β для исключения возможности резонансных явлений не должен превышать 0.8
Переходная характеристика для аналогового канала, по своим динамическим свойствамимеет вид:
(2)
где τ –постоянная времени датчика;
ω0 – собственная частота звена;
Значение выходного сигнала h(t) выбираем из условия, что оно должно отличаться от установившегося значения не больше, чем на установленное ТЗ значение δдоп=0.04.
Время установления показаний определяем по временной характеристике h(t), решая уравнение (2) относительно t:
Исходные данные
h(t)=0.04 – временная переходная характеристика;
τ=
Кобщ=0.00625
Подставляя числовые данные в уравнение (2), решаем его относительно
времени установления показаний
3. Эксплуатационные характеристики
Эксплуатационные характеристики: климатические и механические воздействия, устанавливаются для нормальных или рабочих условий применения и предельных условий транспортирования (ГОСТ 14014-82).
Нормальные условия применения характеризуются совокупностью значений или областей значений влияющих величин, принимаемых за нормальные. Устанавливаются по ГОСТ 22261 – 82 и ГОСТ 8.395 – 80.
Рабочие условия применения – совокупность значений влияющей величины, которые не выходят за пределы рабочей области значений, нормирующих дополнительную погрешность или изменение показаний СИ. Устанавливаются по ГОСТ 22261 – 82.
4. Показатели надёжности
Показателями надёжности для разрабатываемого цифрового устройства являются безотказность, долговечность, ремонтопригодность.
В качестве характеристики безотказности установлена наработку на отказ, равная 1500 часов.
В качестве характеристики долговечности принят средний срок службы до списания, который должен быть не менее 8 лет.
Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления, которое выбираем не менее 2 часов.
5. Требования безопасности
Требования по электробезопасности по ГОСТ 12.2.097-83.
Требования к основным элементам конструкции, органам управления, средствам защиты, безопасности ремонта, монтажа, хранения по ГОСТ 12.2.003-74, ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22251-76.
6. Показатели помехозащищённости
Показатели помехозащищённости, средства и методы поверки: установлены по ГОСТ 1014-82.
1 Основная схема типичной контрольно-измерительной системы
В терминах электроники измерительный преобразователь определяется обычно как прибор, преобразующий неэлектрическую физическую величину (называемую измеряемой физической величиной) в электрический сигнал, или наоборот. Имеются, конечно, и исключения из этого правила.
Отсюда следует, что измерительные преобразователи используются в электронных системах, т. е. в технических устройствах с электрическим сигналом, отображающим результат измерений или наблюдений. С другой стороны, измерительный преобразователь может быть использован на выходе системы, чтобы, скажем, генерировать механическое движение в зависимости от электрического управляющего сигнала. Примером реализации преобразователей является справочная система, в которой микрофон (входной преобразователь) превращает звук (измеряемую физическую величину) в электрический сигнал. Последний усиливается, а затем поступает на громкоговоритель (выходной преобразователь), воспроизводящий звук существенно более громкий, нежели тот, который воспринимается микрофоном.
Довольно часто измеряемая величина согласно ее определению просто измеряется электронной системой, а полученный результат только отображается или запоминается. Однако в некоторых случаях измерения образуют входной сигнал управляющей схемы, которая служит либо для регулирования измеряемой величины относительно некоторого заранее установленного уровня, либо для управления переменной величиной в соответствии с измеряемой. Несмотря на очевидное частичное дублирование измерительных преобразователей в этих двух примерах, принято различать эти области использования преобразователей, называя их соответственно контрольно-измерительное оборудование и управляющее.
На рис. 1.1, а представлены основные составляющие типичной контрольно-измерительной системы. Безусловно, не все они должны иметь место в каждом конкретном случае применения этих систем. На рис. 1.1.б изображена в упрощенном виде типовая система управления. В сущности, часть системы управления является контрольно-измерительной системой. Таким образом, в интересах настоящего доклада измерительные преобразователи и схемы сопряжения их с другим оборудованием систем (интерфейсы) следует рассматривать с общих позиций, хотя в дальнейшем будут сделаны ссылки на конкретные области их использования.
Страницы: 1, 2
