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

49 Nm

mill

llll

MB Til

IhmiI

lirtirl

Рис. 7.2. Упрощенные структуры цифровых приборов (а - е разомкнутые): с - для измерения естественно квантованной величины; б - для измерения потока естественно квантованной величины; в - для излерения ах с преобразователем угол-код; а - для измерения Тх с генератором квантующих импульсов и счетчиком: б -для измерения /х; измерение V X сопоставлением с многоканальной мерой; ж - с преобразователем X ос; s - с преобразователем X-> 7х; с преобразователем Xf: к - замкнуто-разомкнутая или комбинированная; л замкнутая.

личные индикаторы частиц, например счетчики Гейгера. Вследствие случайной неравномерности частоты ионизированных излучений при измерении средней частоты за время Т возникает относительная средняя квадратическая статистическая погрешность измерения (%)

(7.3)

Где Пер -среднее число импульсов, поступающих на счетчик импульсов в единицу времени.

Следовательно, для снижения относительной статистической погрешности от неравномерности потока частиц до 1 % необходимо выбрать такое время Т, при котором число частиц, равное Пср Т, будет не меньше 10*, что соответственно заставляет увеличивать время Т., Кроме того, из-за неравномерности частоты следования частиц и наличия мертвого времени счетчика импульсов возникает погрешность от просчета счетчика. Мертвым временем счетчика т„ называется максимальный интервал между такими двумя соседними подсчитываемыми



импульсами, которые счетчик сосчитыйает как один. импульс. Следовательно, если на счетчик импульсов поступает от чувствительного элемента По импульсов в единицу времени, то часть из них Ппр пропускается и счетчик регистрирует

Пр = «о - Ппр.

За каждым из зарегистрированных счетчиком импульсов образуется мертвое время. Суммарное мертвое время за единицу времени составит

Тем == ПрХм.

Тогда число импульсов, пропущенных счетчиком,

«пр = ПоПрТм,

а относительная погрешность от просчета импульсов (%)

бпр = Ппр/По • 100 == ПрТ„ • 100 = ПоТ„/(1 + ПоТ„) • 100.

Путем измерения потока электронов, принимая во внимание максимальную скорость счета современных счетчиков импульсов равной- 10...10* Гц, можно фиксировать токи 10" A...10"i? А, т. е. сверхмалые токи.

Измерение давления газа методом счета частоты ударов молекул о стенки сосуда при современных скоростях счета возможно только при давлениях 10~* Па = 10"" атм (при созданном в настоящее время самом глубоком вакууме). Снижение пределов измерения сверхмалых давлений таким образом не ограничено. Измерение световых потоков методом счета фотонов, падающих на светочувствительный детектор, возможно только для очень малых световых потоков 10~"...10~* лм [26].

Если X является аналоговой величиной, удобной для квантования, т. е. углом а, интервалом времени Тх, частотой или напряжением Ux, то применяют разомкнутую схему цифрового прибора сопоставления с преобразователем угол c£j-> код, интервал времени 7л:-код, fx->-KOR или Ьх-код (рис. 7.2, в, г, г, д, е). В этом случае погрешность измерения будет определяться только погрешностями от квантования соответствующих кодирующих преобразователей. В высокоточных преобразователях угол - код погрешность снижена до 10"* одного полного оборота, а в высокоточных преобразователях время- код- до 10~® с, преобразователи Ux-kor являются наиболее быстродействующими средствами измерения и выпускаются в интегральном исполнении {п. 7.4).

Предположим, что измеряемая величина X неудобна для непосредственного квантования, но может быть преобразована линейно с заданной точностью и быстродействием в угол а, интервал времени Тх или частоту fj.. Тогда для цифрового измерения целесообразно применить ЦИП с преобразователями X в а, Тх или на входе (рис. 7.2, ж, 3, и). Примерами высокоточных преобразователей Ux-Tx и и х-*-fx являются интегральные АЦП типа К572ПВ2 и преобразователь напряжение- частота ПНЧ типа КР1108ПП1. В этом случае погрешность измерения будет равна сумме похрешности звена X-Ux



или Х-Тх и погрешности от квантования кодирующего преобразователя.

Если X нельзя преобразовать в (Xj или Тх в одном звене с высокой точностью и высоким быстродействием, но при этом X удобна для сравнения (например, X является электрическим током или напряжением, механическим моментом или силой), и если, кроме этого,, известны линейные высокоточные и надежные преобразователи обратного направления, т. е. cs X или Г X, то целесообразно использовать замкнутую структуру для преобразования X в ах или Тх. Электрические величины особенно удобны для сравнения, так как обладают направленным действием и их малые значения на выходе сравнивающих устройств могут быть почти мгновенно усилены в миллионы раз. Величины а н Т могут быть с высокой точностью преобразованы в обратных линейных преобразователях в электрический ток или в напряжение. В этом случае цифровой прибор будет иметь комбинированную структурную схему (рис. 7.2,к), которая состоит из двух частей - замкнутой и разомкнутой. В комбинированных структурных схемах выходной величиной замкнутой части схемы обычно является аналоговая величина, удобная для квантования, т. е. угол ах или интервал времени Тх- Во второй разомкнутой части схемы ах или Тх преобразуются в дискретную форму (рис. 7.2,л). В приборах с комбинированной структурной схемой похрешнссть измерения будет состоять из погрешности обратного преобразователя замкнутой части схемы и погрешности от квантования кодирующего преобразователя.

Для снижения погрешностей измерительных устройств широко применяют полностью замкнутые схемы, в которых выходом является числовое значение измеряемой величины - код Nx, который в процессе уравновешивания вырабатывается цифровым автоматом.

Полностью замкнутые схемы целесообразны для непосредственного измерения величин X, которые удобны для сравнения и для которых можно сделать высокоточный и быстродействующий преобразователь код - аналог, т. е. код -> X. Этим условиям в наиболее полной мере соответствуют электрические напряжение и ток. Поэтому большинство всех выпускаемых цифровых приборов с замкнутыми схемами являются цифровыми вольтметрами постоянного тока. Постоянное напряжение является величиной, удобной не только для точного измерения аналоговым прибором, но и для высокоточного и быстрого измерения цифровым прибором. Поэтому различные неэлектрические величины для цифрового измерения часто преобразуются в постоянное напряжение, которое затем измеряется цифровым прибором. Выходом замкнутой части схемы и всего прибора является число-импульсный N(i), или цифровой, код, например N(2), который в преобразователе код - аналог ПКА, выполняющем задачу обратного преобразователя, преобразуется в компенсирующую величину Хк (рис. 7.2,л). В ЦИП с замкнутой структурной схемой погрешность измерения определяется только погрешностью ПКА в обратной цепи и порогом чувствительности. Следовательно, в этом случае обеспечивается минимум составляющих погрешности измерения.

Такой структурный анализ цифровых приборов позволяет четко разграничить счетнце и измерительные приборы, выявить в приборах





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