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

1 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

34312. Специфика развития параллельных и последовательных технологических систем 26 KB
  Перевод слабых составляющих системы на более высокую ступень позволит улучшить характеристики системы так как в ней ликвидируются звенья которые обуславливали в наибольшей степени неудовлетворительное функционирование системы. Таким образом ориентация на два различных типа развития позволит ставить задачу определения предпочтительности одного из них применительно к составляющим элементам параллельной системы. Такое целенаправленное развитие дает больший эффект чем при одновременном развитии всех составляющих изза различной готовности...
34313. Основные закономерности и направления развития систем технологических процессов 23.5 KB
  При этом важной особенностью развития технологических систем является их тип параллельной или последовательной связи элементов системы. Технологические системы в общем случае развиваются как и технологические процессы эволюционным и революционным путем. Однако системы технологических процессов неоднородны по восприятию рационалистического и эвристического развития. Как и в случае развития технологических процессов необходимым и достаточным условием революционного развития является совершенствование рабочих процессов хотя бы в...
34314. Реальный и потенциальный уровень технологии системы 25.5 KB
  Реальный и потенциальный уровень технологии системы. Реальная технологическая система характеризуется не только величиной уровня технологии который соответствует конкретным пропорциям между производительностью и затратами прошлого труда то есть реальным уровнем технологии но и максимальным потенциальным уровнем технологии который может быть достигнут в данной технологической системе при неизменных уровнях технологии ее составляющих. Потенциальный уровень технологии является верхней границей достижение которой будет означать что...
34315. Природное сырье и его характеристика 24.5 KB
  Природное сырье и его характеристика Сырьем наз. По агрегатному состоянию сырье делится на твердое жидкое и газообразное. По составу сырье делят на органическое и неорганическое. По происхождению различают сырье минеральное растительное и животное.
34316. Пути рационального использования природного сырья 22.5 KB
  Пути рационального использования природного сырья Известно что экономика производства зависит от характера использования сырья. Наиболее важными из них являются: правильный выбор сырья комплексная его переработка повторное использование высококачественная первичная обработка и обогащение максимальное использование отходов производства. Выбор сырья определяет тип применяемого технологического оборудования характер технологии длительность производственного цикла и влияет на многие техникоэкономические показатели работы предприятий....
34317. Методы обогащения сырьевых материалов 24 KB
  Методы обогащения сырьевых материалов Качество сырья состав и свва в значительной степени характеризуют техникохимические показатели производства. Оно выражается содержанием полезных элементов в руде либо другом виде сырья. Известны такие методы обогащения сырья как физические механический термический электромагнитный метод гравитационного обогащения и др. применение более чистого концентрированного сырья позволяет получить качественную продукцию которая обладает более высокой стоимостью.
34318. Обогащение сырьевых материалов методами флотации и выщелачивания 24 KB
  Обогащение сырьевых материалов методами флотации и выщелачивания Наиболее широко применимы такие методы обогащения как флотация и выщелачивание. Скорость выщелачивания зависит от структуры степени пористости размера пор обрабатываемого материала. Чем выше содержание растворимой фазы и крупнее поры тем быстрее идет процесс выщелачивания. На процесс выщелачивания влияет также тонона измельчения.
34319. Концентрирование сырьевых материалов и выделение полезного компонента методом выпаривания, кристаллизации, фильтрации 24 KB
  Выпаривание метод выделения растворителей из раствора. Пути возможной экономии тепла комбинированные выходные установки сочетание более концентрированного раствора с низкой энергопотребляемостью при удалении растворителя. Процесс выпаривания состоит из двух стадий: 1 удаление основного количества воды 2 выпаривание самого концентрированного раствора. Кристаллизация образование новой твердой фазы из раствора расплава.
34320. Утилизация отходов как основа безотходных и малоотходных технологий 22.5 KB
  Важно максимально использовать отходы тогда снижается использование материалов и расход энергии. Эти предприятия можно будет закрыть если мы научимся использовать отходы. Отходы изношенной футеровки при кладке печей. Отходы микробиологической промышленности: основной лигнин до 1 т в год.