ВКР Сокол А А 2016 (1230169), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Погрешность средства измерения (СИ) – разность между показаниями СИ и истинным (действительным) значением измеряемой физической величины. Она характеризует точность результатов измерений, проводимых данным средством.

Существует пять основных признаков, по которым классифицируются погрешности измерения [9].

Проанализировав данную классификацию, можно сделать вывод, что при использовании стендового оборудования в РТУ, погрешности связанные с внешними воздействиями (температура окружающей среды, нестабильность электропитания, электромагнитные влияния) можно минимизировать и в дальнейшем пренебречь их значениями при производстве измерений. Иными словами, производство измерений в РТУ выполняется при идеальных условиях внешней среды.

Таким образом, основными факторами, влияющими на точность производимых измерений, будут являться: выбранный метод оценки измеряемой величины и погрешности применяемого измерительного прибора.

Несовершенство метода измерения преимущественно связано с применяемой схемой измерений.

Наличие погрешности измерительного прибора связано с тем, что не удается обеспечить равенство его заданной и индивидуальной характеристик. Следовательно, погрешности измерительного прибора проявляются на всех этапах его жизненного цикла.

На этапе проектирования структуры стендового комплекса, при проведении анализа точности, необходимо выявить и оценить отдельные составляющие погрешности с целью определения полной погрешности измерений.

1. Оценка погрешности косвенных методов измерений параметров

Характерной особенностью современных измерений является то, что не только электрические и магнитные, но и большинство неэлектрических величин измеряются электрическими методами, т.е. путём предварительного преобразования неэлектрической величины в электрическую.

Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

• электрические величины удобно передавать на расстояние, причём передача осуществляется с высокой скоростью;

• электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

• электрические величины легко, точно и быстро преобразуются в цифровой код;

• электрические измерения позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

Аналоговые и цифровые измерительные приборы и измерительные преобразователи позволяют с высокой достоверностью производить измерения электрических величин не только методом прямых, но и косвенных измерений.

Однако, внутренние характеристики данных приборов, методы преобразования измеряемых величин и применяемые схемные решения, могут в значительной степени повлиять на точность оценки величины.

Знание их возможностей и принципа действия позволяет квалифицированно решать задачу измерений большинства электрических величин.

Наиболее распространённым методом косвенного измерения значений данных величин является метод "амперметра – вольтметра" [10].

Измерение методом "амперметра - вольтметра" сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчёту его параметров по закону Ома. Метод может быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и ёмкости.

В целях повышения точности измерений, произведем косвенную оценку относительной погрешности, вносимой данным методом, с учетом предполагаемых диапазонов входных параметров и внутренних сопротивлений диагностических контроллеров.

Наибольшее влияние входное сопротивление используемого измерительного прибора оказывает при измерении малых значений токов и напряжений.

Для выбора оптимальной схемы подключения с использованием цифровых измерительных приборов, сперва следует оценить и ,

где – измеряемое сопротивление;

– входное сопротивление цифрового амперметра;

– входное сопротивление цифрового вольтметра.

Предполагаемые значения активного сопротивления обмоток реле будут находиться в диапазоне 1 ÷ 6000 Ом. Входное сопротивление цифрового вольтметра (контроллера) составляет не менее 100 кОм. Входное сопротивление цифрового амперметра равно сопротивлению измерительного шунта и составляет 3750мкОм.

Тогда:

будет находиться в диапазоне 266,666 ÷ 16·10⁵ Ом;

будет находиться в диапазоне 16,666 ÷ 1·10⁵ Ом.

Очевидно, что > следовательно, для снижения погрешности при измерении активного сопротивления обмоток реле, следует применять схему точного измерения напряжения.

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае определяется выражением

где – минимальное измеряемое сопротивление равное 1Ом;

– входное сопротивление цифрового амперметра равное 3750 мкОм;

Тогда максимальная относительная погрешность будет составлять

При измерении переходного сопротивления контактов реле предполагаемые значения активного сопротивления будет находиться в диапазоне 0,02 ÷ 2,0 Ом. В данном случае следует применять схему точного измерения тока.

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае определяется выражением

где – максимальное измеряемое сопротивление равное 2 Ом;

– входное сопротивление цифрового вольтметра равное 100 кОм;

Тогда максимальная относительная погрешность будет составлять

Таким образом, применяя различные способы включения диагностических контроллеров можно в значительной степени влиять на точность проводимых измерений.

При этом согласно требованиям, изложенным в [1], погрешность измерений, предусмотренных в процессе определения нормируемых в технологических картах параметров не должна превышать:

• при измерении напряжения и силы постоянного тока -1,0%;

• напряжения и силы переменного тока синусоидальной формы -1,5%;

• при измерении сопротивления постоянному току -1,0%;

• При измерении напряжения и силы переменного тока импульсных, кодовых рельсовых цепей и других сигналов сложной формы, погрешность измерений не должна превышать - 5%, если иное не предусмотрено эксплуатационной документацией на конкретные виды (типы) устройств и систем СЦБ.

Основываясь на проведенном анализе, можно сделать заключение, что максимальная погрешность, вносимая самим методом измерений, не будет превышать 38%, от общей нормируемой погрешности, при измерении напряжения и силы постоянного тока и 25% при измерении напряжения и силы переменного тока.

Следовательно, используемый метод оставляет запас не менее 62% на прочие виды погрешностей, в том числе вносимые самим средством измерения, и может быть принят в качестве основного метода оценки параметров.

1. Анализ метрологических свойств контроллеров СДТС

В системах сбора информации обработку сигналов сегодня все чаще производят в цифровой форме. Причем цифровая обработка сигналов в свою очередь все чаще производится не аппаратными средствами, а программно. Поэтому рассматривая измерительные системы, в которых обработка информации производится в цифровой форме (цифровые системы) сейчас, прежде всего, имеют в виду системы микропроцессорные, даже если это и не подчеркивают особо.

Для преобразования входного аналогового сигнала в цифровой код и сопряжения аналоговых измерительных систем или датчиков с цифровыми измерительными или управляющими системами используются аналого-цифровые преобразователи (АЦП) [23].

Процесс преобразования непрерывной информации в дискретную осуществляется с конечной точностью, определяемой методическими и инструментальными погрешностями. Инструментальные погрешности могут быть сведены к минимуму благодаря прогрессу в области полупроводниковой электроники и технологии приборостроения. Методические погрешности, обусловленные квантованием по уровню и дискретизацией по времени аналогового сигнала, принципиально не устранимы [12].

Следовательно, для определения точности производимых измерений с помощью АЦП, требуется в первую очередь оценить степень влияния методической погрешности устройства.

Если исходить из понятия кванта (шага) дискретизации, то можно сказать, что в процессе преобразования АЦП определяет, какое число целых квантов включает в себя величина Uвх, и представляет это число квантов в виде кода. В качестве основного классификационного признака, как правило, применяется принцип получения цифрового эквивалента, так как именно он определяет основные показатели преобразования – точность, быстродействие, помехозащищенность.

В соответствии с данным классификационным признаком принято разделять АЦП на три группы: последовательного счета, считывания, поразрядного кодирования [12].

Далее на примере АЦП используемого в микроконтроллере ADSP-BF506F системы СДТС оценим точность проводимых им измерений и преобразований, а также характер и степень влияния возникающих при этом погрешностей.

Для оценки степени влияния погрешностей на конечный результат измерений произведем их классификацию по данному признаку (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Классификация погрешностей АЦП по степени их влияния

Большинство параметров АЦП оценивается исходя из значения шага квантования равного значению младшего значащего бита, величину которого в свою очередь можно определить следующим образом:

где – это наименьшее значение напряжения, которое может быть измерено АЦП;

= 2,5 В – значения источника опорного напряжения (ИОН);

n – разрядность АЦП.

В нашем случае для исследуемого АЦП:

Разрешающая способность – величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП.

Разрешающая способность АЦП может быть выражена несколькими различными способами: весом младшего разряда (ВМР), долей от полной шкалы размером в один миллион, милливольтами и т.д. и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности.

Исследуемый АЦП является 12 – разрядным и имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0244% от полной шкалы, или – 72,2 дБ.

Далее оценим максимально возможную степень влияния инструментальных погрешностей представленных на рисунке 2.4.

При выполнении оценок, будем исходить из максимально возможной погрешности, и опираться на данные изложенные в [13].

Рисунок 2.4 - Погрешность смещения нуля и погрешность усиления

Ошибка усиления - представляет отклонение реального коэффициента усиления тот идеального.

Погрешность усиления вызывает погрешность смещения. Причем погрешность смещения не постоянна и не равна погрешность смещения нуля.

Ошибка смещения - представляет собой отклонение момента первичной смены кода с (000Н) на (001Н) от идеального значения, то есть + 0.5 или 305мкВ.

Характеристики

Список файлов ВКР