97491

Прибор как каскад преобразователей сигналов

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Измерительное преобразование это такой вид преобразования при котором устанавливается однозначное соответствие между значениями двух величин входной и выходной. Диапазон преобразования определяется множеством значений входной величины подвергаемой преобразованию.

Русский

2015-10-18

388 KB

4 чел.

11

PAGE  9

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова

Бийский технологический институт

Кафедра МСИА

Реферат

по курсу «Основы проектирования приборов и систем»

Прибор как каскад преобразователей сигналов

Выполнили: студенты группы ИИТ-01 Кобяков А.В.,

Охотников А.А.

Руководитель: доцент Сыпин Е.В.

Бийск – 2004


Содержание

[1]
Введение

[2]
Структура измерительного прибора

[2.1] 1 Измерительные приборы прямого действия

[2.2] 2 Измерительные приборы уравновешивающего преобразования

[3]
Заключение

[4]
Список использованных источников


Введение

Измерительное преобразование это такой вид преобразования, при котором устанавливается однозначное соответствие между значениями двух величин (входной и выходной). Зависимость между этими величинами стремятся сделать линейной. Диапазон преобразования определяется множеством значений входной величины, подвергаемой преобразованию. Измерительное преобразование используют в тех случаях, когда нельзя непосредственно сравнить измеряемую величину с воспроизводимой единицей физической величины.

Сигнал измерительной информации – сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной и несущий информацию о ее значении.

Измерительные преобразователи – средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Принцип их действия основан на различных физических явлениях. Измерительные преобразователи преобразуют любые физические величины (электрические, неэлектрические, магнитные) в выходной электрический сигнал . Различают преобразователи непрерывной величины в дискретную; первичные преобразователи (датчики), к которым подводится измеряемая величина; промежуточные, включенные в измерительную цепь после первичного; масштабные, предназначенные для изменения значения величины в некоторое число раз; обратные, включенные в цепь обратной связи; передающие; сравнения, предназначенные для сравнения измеряемой величины с мерой; выходные.

К измерительным преобразователям можно отнести преобразователи переменного напряжения в постоянное, делители тока, напряжения, измерительные трансформаторы напряжения и тока, усилители, компараторы, аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи и др.

Измерительные приборы – это средства измерений, предназначенные для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Измерительные приборы представляют собой различное сочетание измерительных преобразователей, выполняющих определенные функции, и отсчетного устройства.

Измерительные приборы являются наиболее распространенными средствами измерений. Они разнообразны вследствие различных измерительных задач и требований, предъявляемых к приборам.

Целью данного реферата является рассмотрение структуры измерительных приборов, представляющей собой сочетание в каскадах различных преобразователей.


Структура измерительного прибора

Структура измерительного прибора (ИП) в общем виде показана на рисунке 1 [3]. Здесь на ИП и выходной сигнал у воздействуют как параметры z1, z2, ..., zn, так и q1, q2, ..., qn значения внутренних, конструктивных, геометрических или других параметров (тип материала, трение, контактная ЭДС и ряд других дестабилизирующих внутренних факторов), которыми характеризуется данный ИП; ziзначения внешних неинформативных параметров, воздействующих на ИП (влажность, температура, давление и др.).

Рисунок 1 – Структура измерительного прибора в общем виде

Измерительные приборы делят на два класса: измерительные приборы прямого действия и измерительные приборы уравновешивающего (компенсационного) преобразования, или приборы сравнения.

В зависимости от схемы преобразования – прямое или уравновешивающее – типовая структура может быть разомкнутой и замкнутой. Разомкнутые структуры могут быть последовательного или параллельного вида. На рисунке 2 представлены примеры разомкнутых структур (прямого преобразования) [3].

Рисунок 2 – Разомкнутые структуры измерительного прибора: последовательная (а) и параллельная (б)

Структура замкнутого вида (уравновешивающего преобразования) приведена на рисунке 3 [3].

Рисунок 3 –  Замкнутая структура измерительного прибора: КПП –  канал прямого преобразования; КОП –  канал обратного преобразования

Замкнутые структуры подразделяют на статические и астатические. Каждый из каналов (КПП и КОП) преобразования может состоять из последовательных, параллельных либо последовательно-параллельных звеньев. Обязательным условием работы системы статического вида является . Особенность СИ со структурой статического вида состоит в том, что погрешность в ней хуже астатической из-за наличия выходного указателя. Астатическая система отличается от статической тем, что в ее структуре присутствует элемент памяти. Наличие элемента памяти обеспечивает поддержание выходного сигнала даже при значении .

1 Измерительные приборы прямого действия

В измерительных приборах прямого преобразования (рисунок 4) отсутствует общая обратная связь с выхода на вход [2]. В цепи прохождения сигнала имеется каскад преобразователей (Пi), каждый из которых в общем случае может быть охвачен собственной (внутренней) обратной связью (на рисунке 4 пунктиры). Основные характеристики подобной структуры – возможность высокого быстродействия и относительно низкая точность за счет накопления погрешностей отдельных преобразователей в процессе преобразования.

Рисунок 4 – Структурная схема измерительного прибора прямого действия

Действительно, в установившемся режиме работы (x=const) коэффициент передачи схемы прямого преобразования:

,

где коэффициент передачи отдельного преобразователя можно представить в виде суммы его номинального значения kнi и систематической погрешности :

.

Тогда, как известно, общая систематическая погрешность схемы

,

а

.

Следовательно,

,

т.е. в ИП прямого преобразования относительные систематические погрешности  отдельных преобразователей суммируются.

При последовательном соединении преобразователей чувствительность прибора равна произведению чувствительностей входящих в него преобразователей.

2 Измерительные приборы уравновешивающего преобразования

Приборы, построенные по схеме уравновешивающего преобразования (схеме с обратной связью), имеют малую как аддитивную, так и мультипликативную погрешности. Применение обратной связи позволяет создать приборы, обладающие малой статической и динамической погрешностью. Эти приборы имеют большую выходную мощность, и их показания мало зависят от нагрузки [4].

В измерительных приборах уравновешивающего (компенсационного) преобразования (рисунок 5) имеется общая отрицательная обратная связь с выхода на вход, т.е. входная величина х в процессе преобразования уравновешивается выходной величиной у [2]. Здесь также, в общем случае, отдельные преобразователи могут быть охвачены собственными (внутренними) обратными связями.

Рисунок 5 – Структурная схема измерительного прибора уравновешивающего преобразования

Основные характеристики такой структуры по сравнению со схемой прямого преобразования – более низкое быстродействие из-за необходимости дополнительного времени для осуществления процесса уравновешивания, но более высокая точность за счет использования общей отрицательной обратной связи и опорных мер для сравнения.

В этом случае

,

откуда

,

где  – коэффициент передачи преобразования обратной связи ПОС.

Переходя к погрешностям, аналогично предыдущему получим

,

где

,    .

Тогда, объединяя полученные выражения, можно записать

,

а полагая , приближенно получим

.

Из полученного выражения следует, что общая относительная погрешность измерительного прибора уравновешивающего преобразования определяется, в основном, относительной погрешностью преобразователя обратной связи и очень мало зависит от погрешности цепи прямого преобразования. Именно поэтому для построения ПОС, которое представляет собой, также как и цепь прямого преобразования, каскад преобразователей, в измерительных приборах обычно используют опорные элементы достаточно высокой точности и стабильности.

Общим недостатком структур уравновешивающего преобразования является возникновение автоколебаний при увеличении коэффициента преобразования канала прямого преобразования с целью уменьшения погрешности ИП, поэтому в последнее время стали применять структуры программного уравновешивающего преобразования. Эти структуры отличаются тем, что они разомкнутого типа, следовательно, в них отсутствует ограничение на увеличение коэффициента преобразования. В этом случае источник компенсирующего сигнала формирует выходной сигнал по заранее заданной программе.

Недостаток такой системы в том, что требуется большая скорость разворачивания компенсирующего сигнала для получения минимально необходимого числа точек отсчета, с помощью которых затем можно восстановить исходную непрерывную выходную функцию с допустимой погрешностью [3].


Заключение

Измерительный прибор представляет собой каскад преобразователей, в который кроме обязательного первичного преобразователя (датчика), к которому подводится измеряемая величина, входит каскад различных промежуточных преобразователей, заканчивающийся выходным преобразователем. Отчетное устройство также можно отнести к преобразователям сигнала, поскольку оно предназначено для преобразования выходного сигнала в форму, удобную для восприятия пользователем. Прибор строится из преобразователей, подверженных действию влияющих величин, но его структурная схема выбирается такой, чтобы частные погрешности отдельных преобразователей взаимно компенсировались. Приборы, построенные по простым схемам, обычно дешевле и надежнее приборов, построенных по сложным схемам. Однако усложнение схемы приводит к прибору с лучшими метрологическими характеристиками: меньшей погрешности, меньшей инерционности и т.д.


Список использованных источников

  1.  Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин: Учебное пособие для студентов втузов. – М.: Высшая школа, 1989.
  2.  Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства: Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1991.
  3.  Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.Л. Измерительная техника: Учебное пособие для студентов технических вузов. – М.: Высшая школа, 1981.
  4.  Материалы интернет-страниц:

http://dddsod.narod.ru/book/book41.htm,

http://artlib.osu.ru/web/books/metod03/metod134.pdf.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66352. Numbers. Цифры 127 KB
  Задача урока: Тренировка учащихся в употреблении лексики по теме Цифры в устных видах речевой деятельности; Совершенствование фонетических навыков навыков аудирования чтения и письма. Цели урока: Образовательные: Активизировать навыки чтения монологической и диалогической речи...
66353. Букви. Сім’я. Іграшки 2.03 MB
  Перевірити рівень засвоєння матеріалу «Букви. Сім'я. Іграшки», рівень умінь застосовувати вивчене в знайомих і змінених ситуаціях, розвиток монологічного мовлення, практикувати у вживанні граматичної структури have got.
66354. Travelling to Wonderland 37 KB
  Сегодня у нас с вами необычный урок, урок – путешествие в волшебную страну «Wonderland», в котором разговаривают на английском языке. А что бы наше путешествие состоялось, нам нужно вспомнить все, что мы знаем. Наши знания очень пригодятся.
66355. Узагальнення вивченого матеріалу по темам «Кольори» та «Алфавіт» 111.5 KB
  Мета уроку: Збагатити лексичний словник, стимулювати комунікативність, пізнавальну діяльність, інтерес до вивчення англійської мови. Практикувати вживання слів та фраз, повторити лексику попередніх уроків. Розвиток мовленнєвої компетенції, уваги, уяви, слуху зорового сприйняття.
66356. Спорт. Відкритий урок з англійської мови у 2 класі 215.5 KB
  Мета: Практична: вчити учнів вживати в мові лексику за темою «Спорт», формувати навички монологічного мовлення на рівнікількох речень. Вчити складати діалоги. Удосконалювати навички вживання do, go, play із назвами спорту. “With great pleasure” в усному мовленні.
66357. Кольори. Colours 45 KB
  Практична: перевірити рівень засвоєння матеріалу за темою «Кольори»; рівень умінь застосовувати вивчене в знайомих та змінених, нових ситуаціях; вдосконалювати види мовлення учнів (аудіювання, говоріння читання, письма).
66358. Погода, свята та традиції 574.5 KB
  Цілі: Практична: активізувати вживання лексики з теми, ввести та опрацювати нові лексичні одиниці; формувати навички вживання граматичних структур типу It is winter. It is cold. Навчальна: формувати предметні компетентності...
66359. Animals. Тварини 38.5 KB
  Мета: Повторити та активізувати лексичні одиниці теми, правильно їх вимовляти, вживати в реченнях та розпізнавати в тексті. Відпрацювати вимову звуків o a au і вживання конструкцій this is, that is, these are, those are, I have got, I can see. Формувати вміння читання тексту за темою уроку.
66360. Пори року 45 KB
  Мета: ознайомити учнів з новою лексикою опрацювати в говорінні та активізувати з ранішевивченою по цій темі; навчити учнів нази вати улюблену пору року за допомогою мовленнєвого зразка My fаvourite seаson is; удосконалювати навички усного мовлення й читання...