168638 (625158), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

903

900

896

900

768

U₀=900mB

512

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

t, N

Рисунок 2.2 – Часова діаграма аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження.

Розглянемо принцип дiї аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрiвноваження.

В вихiдному положеннi усi тригери знаходяться в нульовому положеннi i схеми збiгу закритi, тому на всi цифровi входи цифро-аналогового перетворювача поступає нуль i вiн перетворює цей код в вiдповiдну напругу, тобто компенсуюча напруга дорiвнює нулю ( ).

Аналого-цифровий перетворювач здiйснює вимiрювання напруги (для даного випадку ) за десять тактiв.

Перший такт: з генератора G поступає тактова частота i на першому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на перший тригер i встановлює його в одиницю. Таким чином на його виходi утворюється код 1000000000, який цифро-аналоговий перетворювач перетворює в напругу 512 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль i ним закриваються всi схеми збiгу .

Другий такт: на другому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i другий тригер встановлюється в одиницю. Даний управляючий сигнал поступає також на першу схему збiгу, але оскiльки вона закрита нулем, то iмпульси через неї не проходять. Тодi на виходi другого тригера з’являється код 1100000000, акий перетворюється в вiдповiдну йому напругу 768 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль і ним закриваються всi схеми збiгу.

Третiй такт: по третьому iмпульсу тiльки на третьому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд третього тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на S-вхiд тригера i встановлює його в одиницю. Тодi на виходi третього тригера з’являється код 1110000000, який перетворюється цифро-аналоговим перетворювачем в напругу 896 mB. Оскiльки , то на входi компаратора формується нуль i ним закриваються всi схеми збiгу.

Четвертий такт: на четвертому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i четвертий тригер встановлюється в одиницю. Даний управляючий сигнал поступає також на попередню схему збiгу, але оскiльки вона закрита нулем, то iмпульси через неї не проходять. Тодi на виходi четвертого тригера з’являється код 1111000000, який перетворюється в напругу 960 mB.

Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рівень логічної одиниці i нею відкриваються всi схеми збiгу.

П’ятий такт: по п’ятому iмпульсу тiльки на п’ятому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд п’ятого тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. На виходi п’ятого тригера з’являється код 1110100000, який перетворюється в напругу 928 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рівень логічної одиниці i нею відкриваються всi схеми збiгу.

Шостий такт: на шостому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал i тригер встановлюється в одиницю. Проходячи через попередню схему збігу вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. На виходi шостого тригера з’являється код 1110010000, який перетворюєється в напругу 912 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рiвень логiчної одиницi, яким вiдкриваються всi схеми збiгу.

Сьомий такт: по сьомому iмпульсу на сьомому входi розподiльника iмпульсiв з’являється управляючий сигнал, який поступає на вхiд тригера i на попередню схему збiгу. Проходячи через цю схему вiн поступає на R-вхiд тригера i встановлює його в нуль. Тодi на виходi сьомого тригера з’являється код 1110001000, який перетворюється в напругу 904 mB. Оскiльки , то на входi компаратора встановлюється рiвень логiчної одиницi, яким вiдкриваються всi схеми збiгу.

Восьмий такт: утворюється код 1110000100, який вiдповiдає вимiрювальнiй напрузi 900 mB, тобто компенсуюча i вимiрювальна напруга зрiвноважуються.

Загальна часова діаграма роботи аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження наведена на рисунку 2.3 (Додаток Б).

Рiвняння перетворення аналогово-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження має вигляд:

, (4.1)

де h = U₀/2ⁿ - крок квантування; n - розрядність двійкового лічильника;

U₀ - опорна напруга.

Статична характеристика аналого-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження наведена на рисунку 2.4.

Рисунок 2.4 – Статична характеристика аналогово-цифрового перетворювача

Похибка квантування аналогово-цифрового перетворювача порозрядного зрівноваження визначається, як величина обернена до кількості імпульсів

, тобто , (2.2)

а її графічне подання наведено на рисунку 2.5.

Рисунок 2.5 – Залежність вхідної напруги від похибки квантування

Отже, похибка квантування аналогово-цифрового перетворювача залежать від вимірюваної величини і визначається в основному розрядністю АЦП [11].

3. РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ВИМІРЮВАЛЬНОГО КАНАЛУ ТЕМПЕРАТУРИ З ЕЛЕМЕНТАМИ ТЕРМОПАРИ

Рівняння перетворення термопари із задовільною для практики точністю можна подати у вигляді:

Е_т = At + Bt² + Ct³, (3.1)

де Е_т – термо-е.р.с., t – різниця температур гарячого і холодних кінців; А, В, С – сталі, значення яких залежать від матеріалів термоелектродів.

Оскільки , а U_х = At + Bt² + Ct³, то остаточне рівняння перетворення вимірювального каналу має вигляд:

. (3.2)

Статична характеристика вимірювального каналу для вимірювання температури з елементами термопари наведена на рисунку 3.1 (при побудові статичної характеристики використовувались такі дані: А =0,012 В = 4∙10^-4, С = 5,8∙10^-7, n =10, U₀ = 10,24В, t змiнюється в дiапазонi [25:65] ⁰С ).

Рисунок 3.1 – Статична характеристика вимірювального каналу

Похибка квантування вимірювального каналу для вимірювання температури з елементами термопари визначається за формулою 3.3

, (3.3)

а її статична характеристика наведена на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Залежність похибки квантування від температури

Для того, щоб оцінити здатність вимірювального каналу температури з елементами термопари реагувати на зміну температури потрібно визначити чутливість вимірювального каналу:

, тобто (3.4)

Оскiльки статична характеристика вимiрювального каналу температури з елементами термопари є лiнiйною в дiапазонi змiни температури вiд 25 до 65 ⁰С. Залежність чутливості від температури теж буде лінiйною (рис.3.3)

Рисунок 3.3 – Залежність чутливості від температури

Вимірювальний канал температури з елементами термопари здійснює вимірювання температури в певному діапазоні, який характеризується верхньою та нижньою межею вимірювання.

Для визначення нижньої межi вимірювання t_min задамося нормованим значенням похибки квантування = _н, тобто

. (3.5)

Значить, At_min + = . (3.6)

Маємо, = . (3.7)

Розв’язавши кубічне рівняння, отримаємо що нижня межа вимірювання температури з елементами термопари:

t_min = 25,026 ⁰С.

Верхня межа вимірювання вимірювального каналу обмежена ємністю двійкового лічильника

, (3.8)

де n – розрядність двійкового лічильника i визначається за формулою 3.9.

. (3.9)

Значить, . (3.8)

Тоді, . (3.10)

Розв’язавши кубічне рівняння, отримаємо що верхня межа вимірювання температури з елементами термопари:

t_max=63,167⁰C.

Загальна структурна схема вимiрювального каналу температури з елементами термопари наведена на рисунку 3.4 (Додаток В).

4. СТАТИСТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Вихідні значення випадкових похибок

Побудуємо залежність випадкової похибки від кількості вимірювань, вкориставши дані таблиці

Зміна випадкової похибки в часі

Знайдемо математичне очікування для масиву випадкових похибок

Характеристики

Список файлов курсовой работы