Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 [ 129 ] 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

Применяя решетчатые весовЬте функции необходимо помнить, что в действительности дискретизированные выборки сигнала имеют не нулевую, как дельта-функции, а конечную длительность порядка нескольких микросекунд и более. При этом в условиях рассогласования решетчатой весовой функции и частоты помехи просачивания высших гармоник будет в п раз выше, чем просачивание основной гармоники (м - номер гармоники помехи).

В отечественном цифровом вольтметре типа В 7-16 применена решетчатая весовая функция, состоящая из десяти дельта-функций с уровнями по 0,1 и с временным интервалом 2 мс. Коэффициент подавления сетевой помехи составил 30 дБ при уходе частоты помехи на 1 %, т. е. данная решетчатая весовая функция практически близка к прямоугольной аналоговой весовой функции с интервалом 20 мс.

В отличие от АЧХ прямоугольной весовой функции АЧХ данной РВФ, состоящей из 10 дельта-функций имеет всплеск на частоте дискретизации, т. е. на частоте 500 Гц. В этой точке АЧХ подавление равно нулю. Это необходимо учитывать при использовании таких функций. Для подавления всплесков на частоте дискретизации обычно применяют фильтры. При fn такие фильтры на быстродействие прибора влияют незначительно.

В ЦИП третьего поколения широко применяются также комбинированные методы обеспечения высокого помехоподавления, а именно: подстройка времени интегрирования и весовые функции или быстродействующие фильтры, например, компенсационные или итерационные, весовые функции и синхронизацию момента начала интегрирования с моментом перехода помехи через нулевое значение и др.

Разработаны новые логометрические способы аналого-цифрового преобразования, при которых интегрирование производится за период сетевой частоты, обеспечивающие коэффициент подавления помехи нормального вида до 90...100 дБ, как по первой так и по высшим гармоникам (п. 75).

Разрабатываются новые алгоритмы усреднения с неравномерным прореживанием сигнала во времени.

Для обеспечения достоверных результатов измерений высокочувствительными прецизионными цифровыми вольтметрами в условиях наличия помех необходимо регламентировать не только указание коэффициентов подавления, но и их определенное значение, которое должно быть-функционально связано с нормированной погрешность прибора и допустимым отношением сигнал/шум.

Принимая во внимание, что погрешность от действия помехи носит аддитивный характер, а допустимое значение помехи нормального вида, согласно ГОСТ 14014-82, должно быть не менее 0,1 от конечного значения диапазона измерения, то при относительной основной погрешности ЦИП, равной б, минимальное значение коэффициента подавления должно составлять 20 log/б. Достигнутое значение коэффициента подавления, равное 80 дБ, достаточно для обеспечения надежной работы при наличии помех и высокоточных ЦВ класса 0,01. Однако созданы и более точные цифровые вольтметры и возник вопрос о возможности дальнейшего повышения коэффициента подавления помехи нормального вида. Был проведен анализ предельного значения



Кп, определяемого реальными значениями коэффициента усиления и постоянной времени современных интегральных операционных усилителей. Оказалось, что предельное значение Кп, ограниченное только •указанными факторами, достигнет 105...ПО дБ. Это свидетельствует о возможности дальнейшего увеличения коэффициента подавления помех нормального вида и в условиях нормальных отклонений частоты сети.

Г л а в а 9

ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ СЛЕДЯЩЕГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ

Цифровые приборы сопоставления применяются для измерения угловых и линейных перемещений, времени, фазы, частоты и напряжения. При измерении напряжения ЦИП сопоставления обеспечивают наиболее высокое быстродействие.

Цифровые приборы ручного уравновешивания имеют высокую точность, но очень низкое быстродействие. Аналоговые АИП уравновешивания имеют более высокое быстродействие, но в них возникают значительные погрешности из-за нелинейности и изнашиваемости реохордов, деформации и сдвигов бумаги и субъективные погрешности отсчетов.

Цифровые приборы автоматического уравновешивания обладают высокой точностью, меньшим быстродействием, чем ЦИП сопоставления. Цифровые приборы автоматического уравновешивания, которые далее будем называть цифровыми приборами уравновешивания, имеют замкнутую структурную схему со следующими звеньями: устройствами сравнения, преобразователями аналог- код, обратными преобразователями код - аналог, интегрирующими звеньями, цифровыми отсчетными или регистрирующими устройствами.

Цифровые приборы уравновешивания подразделяются (п. 1.4) на приборы следящего и развертывающего уравновешивания.

Цифровые приборы следящего уравновешивания,-или цифровые следящие приборы, имеют усилители некомпенсацин двустороннего действия и реверсивные преобразователи код - аналог. Поэтому они работают в режиме слежения за изменениями измеряемой величины. Выходной кодовый сигнал цифровых при-. боров следящего уравновешивания следует за каждым изменением X, превышающим ступень квантования.

Цифровые приборы следящего уравновешивания при правильном выборе их по быстродействию при изменении X (/) должны выдавать новые результаты измерения {N -j- 1)д в моменты времени, близкие к гем, когда размер измеряемой величины пересекает границу кванта. Промежутки времени между моментами выдачи результата измерения могут быть различными. Для получения измеряемой функции времени X (/) необходимо одновременно с измерением и регистрацией. Л измерять и регистрировать также моменты выдачи результатов измерения. Важным достоинством следящих цифровых измерительных приборов является возможность получить результат измерения непрерывно в любой момент времени.

Цифровые приборы уравновешивания имеют астатическую характеристику, интегрирующими звеньями в них являются двигатели, [паговые искатели и счетчики импульсов.

Цифровые приборы следящего уравновешивания по характеру изменения компенсирующей величины или величины (пропорциональной измеряемой X) подразделяют на приборы с плавным и ступенчатым измеиеиием, а в зависимости от измеряемой величины - на автокомпенсаторы, мосты, фазометры и частотомеры.

Рассмотрим погрешности цифровых приборов следящего уравновешивания н основные способы отработки компенсирующей величины в таких приборах.



9.1. ПОГРЕШНОСТИ

В цифровых приборах отношение пределов обычно равно 10, при этом требования к точности повышаются, так как в начале рабочей части предела, т. е. около 10%, относительная погрешность при преобладании составляющих погрешности, не зависящих от X, будет в 10 раз большэ. При проектировании цифровых приборов подробно рассчитываются все составляющие статических и динамических погрешностей (п. 12.3).

Статические погрешности

В статическом режиме при X = const суммарная погрешность цифрового прибора состоит из погрешности квантования, порога чувствительности, погрешностей преобразователей кода в компенсирующую величину и погрешности предвключенных преобразователей (суммарная погрешность зависит от законов, распределения ее составляющих) (п. 6.3).

В цифровых следящих приборах показание может приближаться к значению измеряемой величины сверху и снизу. При введении в компенсирующую величину поправки, равной 0,5 д, максимальная погрешность от квантования равна половине ступени Qt, а приведенное ее значение составляет (%)

е = 9100/2дг„ = 100/2Л„.

Если Ар< l/2(?;j, то при значениях X, средних между соседними значениями, возникает режим автоколебаний и нестабильность отсчета (непрерывное мигание одной цифры отсчета). Нестабильности отсчета нет, если ,>0,5(?-.

Погрешности обратных преобразователей код - аналог цифровых приборов возникают в результате нестабильности коэффициента пропорциональности Р между л;, и N- отсчетом цифрового прибора. В идеальном случае р = const. Однако в результате старения, температурных и других изменений элементов ПКА р изменяется, и в показаниях приборов возникают погрешности. Погрешности ПКН от изменения параметров ключей и источников стабильного напряжения рассмотрены в п. 7.4.

Большая часть цифровых приборов выполняется в виде цифровых вольтметров, которые измеряют напряжение на входных зажимах. Ввиду большого входного сопротивления цифровых вольтметров иногда их применяют для измерения э. д. с. источника. В этом случае возникает погрешность от падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Если входное сопротивление цифрового вольтметра равно R, а сопротивление источника R, то относительная погрешность измерения из-за падения напряжения на R будет равна

При точных измерениях эта погрешность должна быть меньше погрешности от квантования 6„ = 1 /2/V„. Поэтхэму при заданном значении необходимо ограничивать значение внутреннего сопротивления источника

Например, для цифрового вольтметра с R = 10 МОм и пятью десятичными разрядами iV = 10

R = 0,5 • 10-5 . 10 = 50 Ом.

Чем точнее цифровой вольтметр, тем выше должно быть его входное сопротивление. Большинство цифровых вольтметров высоких классов точности имеют R выше 1000 МОм.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 [ 129 ] 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166