ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Чтобы правильно определять линейность или нелинейность преобразователя, линию следует проводить из отсчета, соответствующего реальной полной шкале, через значение напряжения смещения. А отклонение от этой линии и является истинной нелинейностью преобразователя.
Относительная точность и линейность являются синонимами. Погрешность линейности или нелинейность можно определить как максимальное отклонение любой из этих дискретных точек от прямой линии, проведенной через крайние точки характеристики преобразования. Эти крайние точки устанавливаются потребителем в процессе калибровочной настройки.
Относительная погрешность в АЦП – это максимальное отклонение выходных цифровых кодов от прямой линии, проведенной через нуль и точку, соответствующую полной шкале. Следует понимать, что всем АЦП присуща погрешность квантования, которая никак не связана с относительной погрешностью.
Нелинейность преобразователя – это отклонение от прямой линии, проведенной через крайние точки характеристики преобразования для заданного диапазона работы.
В нашем случае прямая, соединяющая две крайние точки рабочего диапазона датчика -25 °С и 25 ºС, является идеальной линейной характеристикой преобразования.
Относительная погрешность – это разность между номинальным и действительным отношениями аналоговой величины, соответствующей заданному цифровому входному сигналу, к полной шкале, независимо от калибровки последней.
Максимальная относительная погрешность нелинейности (в %) в диапазоне температур от -25 до 25°С, определяется по формуле:
 | (4.3) |
где – максимальная погрешность, в %;
R – значение сопротивления линейной характеристики, соответствующее проверяемой отметки, в Ом ;
R0 – фактическое значение сопротивления, соответствующее проверяемой отметки, в Ом ;
Rк и Rн – значение сопротивления, соответствующие конечной и начальной отметкам диапазона, в Ом.
Итак, максимальная относительная погрешность нелинейности (в %) составит:
Наш измерительный преобразователь должен обеспечивать класс точности 0,25 с запасом не менее 20%, т.е. точность преобразования должна быть лучше 0,2 (20% от 0,25 это 0,05).
Для соответствия нашего преобразователя точности 0,2 необходимо провести линеаризацию преобразователя температуры датчика ТСП100П.
4.6.3 Расчёт разрешающей способности аналогово-цифрового преобразователя
Разрешающая способность преобразователя есть наименьший уровень входного аналогового сигнала (для АЦП), для которого вырабатывается выходной цифровой код, и наименьший входной цифровой код (для ЦАП), для которого образуется уровень выходного аналогового сигнала. На практике полезная разрешающая способность преобразователя часто оказывается меньше указанной, поскольку она ограничивается из-за воздействия шума, температуры и факторов времени. Например, «12 – разрядный» преобразователь в своем температурном диапазоне может иметь полезную разрешающую способность соответствующую только 10 разрядам.
Полезная разрешающая способность – это наименьший возможный различимый разряд для всех требуемых условий эксплуатации (времени, температуры и т.д.).
Можем определить требуемую разрешающую способность преобразователя (полезную) по формуле:
 | (4.4) |
где N – необходимое значение разрешающей способности;
и – требуемое значение класса точности преобразователя (0,2).
Итак,
Таким образом, полезная разрешающая способность преобразователя должна быть лучше 500 единиц (квантов).
Для определения разрешающей способности (разрядности) АЦП необходимо найти погрешность дискретизации ε. Для 10-ти разрядного АЦП:
Учитывая, что максимальная погрешность АЦП не должна превышать 5 квантов (требование ГОСТ 8.009
«Метрологические характеристики средств измерений»):
Значит, 10-ти разрядный АЦП не удовлетворяет нашим требованиям. Следовательно, нужно взять на один разряд больше. Тогда получится:
Добавим еще один разряд, так как запас по погрешности должен быть не менее 20% от заданного класса точности (0,25). И получаем:
Таким образом, выходной код АЦП должен быть 12-ти разрядным последовательным АЦП с единичным приближением.
4.6.5 Линеаризация номинальной статической характеристики преобразователя
Для достижения требуемой точности преобразования используют линеаризацию НСХ преобразователя. На практике широкое распространение получил метод линеаризации с помощью кусочно-линейной аппроксимации. В этом методе исходную функцию представляют ломанной кривой, уменьшая тем самым число точек характеристики, значение которых необходимо держать в памяти вычислительного устройства, соответственно при этом уменьшаются требования к вычислительному устройству, что удешевляет стоимость всей системы и упрощает ее.
Мы также будем использовать метод кусочно-линейной аппроксимации. Для этого разделим исходную НСХ преобразователя на несколько участков, в каждом из которых НСХ представляется прямым отрезком, соединяющим крайние точки характеристики НСХ.
В первом приближении число необходимых участков линеаризации можно определить по формуле:
 | (4.5) |
где Nуч – число участков линеаризации;
– максимальная погрешность линеаризации (%)
и – требуемая точность преобразования (0,2)
Итак,
Таким образом, в первом приближении, для соответствия преобразователя классу точности 0,25, исходная НСХ преобразователя разделяется на 1 участок.
4.6.6 Расчёт времени преобразования измерительного преобразователя
Время преобразования, или быстродействие преобразования - это время, которое требуется преобразователю для выполнения полного измерения. Данное преобразование вычисляется по формуле:
-
(4.6)
где t1 - время реакции;
t2 - время разряда;
Uвх- входное напряжение;
Uоп- опорное напряжение.
Значение времени реакции t1 находится в зависимости от выбора АЦП.
Расчёт времени преобразования производится по формуле:
Таким образом, время преобразования измерительного преобразователя равно 0,000446 с, тем самым оно удовлетворяет нашему условию (t<10 сек.).
4.6 Составление заключения
В конце пояснительной записки является обязательной глава «Заключение», в которой приводят обобщенные выводы по курсовому проекту, характеризующие целесообразность выбранного решения, преимущества разработанного устройства по сравнению с аналогами; приводят конечные результаты расчетов.
5. ВЫПОЛНЕНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
Схема — конструкторский документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними. Классификацию схем по видам и типам устанавливает ГОСТ 2.701-84. В зависимости от назначения схемы подразделяются на структурные, функциональные, принципиальные, монтажные, подключения, общие. Общие правила выполнения схем устанавливают ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702-75. Схемы выполняются без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение составных частей не учитывается или учитывается приближенно.
Форматы листов для выполнения схем следует выбирать из основного ряда форматов согласно ГОСТ 2.301-68 и ГОСТ 2.004-88. Схемы могут выполняться па нескольких листах, при этом формат листов должен быть по возможности одинаковым.
Линии на схемах всех типов выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.303-68. Толщины линий выбираются в пределах от 0,2 до 1 мм и выдерживаются постоянными. Графические обозначения элементов и линий взаимосвязи выполняют линиями одинаковой толщины. Для выделения силовых линий допускается утолщение линий. На одной схеме не допускается более трех типоразмеров линий по толщине.
Для изображения на электрических схемах элементов и устройств применяют условные графические обозначения, установленные соответствующими стандартами ЕСКД. Допускается увеличивать или уменьшать линейные и угловые размеры, установленные соответствующими стандартами ЕСКД, пропорционально. Выбранные размеры элементов должны быть выдержаны постоянными на чертеже. Условные графические обозначения элементов изображают на схеме в положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах, или повернутыми на угол, кратный 90°, а также зеркально повернутыми.
Графические обозначения элементов и соединяющие их линии взаимосвязи следует располагать на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимосвязи его составных частей. Линии должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь по возможности наименьшее количество изломов и взаимных пересечений. Для упрощения графики допускают наклонные участки линий.
Допускается на схемах графически выделять устройства, функциональные группы и т.д. Такие фрагменты схемы выделяют штрихпунктирной линией в форме прямоугольника.
Для упрощения графики схемы применяют условное графическое слияние отдельных линий в групповые линии связи. При этом каждая линия в месте слияния должна быть помечена порядковым номером и встречаться на линии групповой связи только два раза. Линии групповой связи выполняют утолщенными.
5.1 Выполнение структурной схемы устройства
Структурные схемы определяют основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи и служат для общего ознакомления с изделием, поэтому составные части изделия изображают упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы. Такие схемы имеют код Э1. На линиях взаимодействия рекомендуется стрелками обозначать направления хода процессов, происходящих в изделии, по ГОСТ 2.721-74. На схеме должны быть указаны наименования функциональных частей объекта, которые вписываются внутрь прямоугольника. Допускается сокращение или условное