• مدارهای مجتمع پرسرعت DAC و ADC و اندازه گیری پارامترهای آنها - Marcinkievicius A. مدارهای مجتمع پرسرعت DAC و ADC و اندازه گیری پارامترهای آنها

    مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) وسیله ای برای تبدیل است کد دیجیتالبه یک سیگنال آنالوگ در بزرگی متناسب با مقدار کد.

    DAC ها برای ارتباط سیستم های کنترل دیجیتال با دستگاه هایی که توسط سطح سیگنال آنالوگ کنترل می شوند استفاده می شود. همچنین، DAC است بخشی جدایی ناپذیردر بسیاری از ساختارهای دستگاه ها و مبدل های آنالوگ به دیجیتال.

    DAC با یک تابع تبدیل مشخص می شود. این تغییر در یک کد دیجیتال را با تغییر در ولتاژ یا جریان مرتبط می‌کند. تابع تبدیل DAC به صورت زیر بیان می شود

    تو بیرون- مقدار ولتاژ خروجی مربوط به کد دیجیتال N دربه ورودی های DAC اعمال می شود.

    حداکثر- حداکثر ولتاژ خروجی مربوط به عرضه حداکثر کد به ورودی ها حداکثر N

    ارزش K tsap، که با نسبت تعیین می شود، ضریب تبدیل دیجیتال به آنالوگ نامیده می شود. با وجود شکل پلکانی مشخصه مرتبط با تغییر گسسته در مقدار ورودی (کد دیجیتال)، اعتقاد بر این است که DAC ها مبدل های خطی هستند.

    اگر ارزش N دراز طریق مقادیر وزن ارقام آن، تابع تبدیل را می توان به صورت زیر بیان کرد

    ، جایی که

    من- تعداد رقم کد ورودی N در; Ai- معنی منرقم ام (صفر یا یک)؛ U i - وزن مندسته -ام؛ n تعداد بیت های کد ورودی (تعداد بیت های DAC) است.

    وزن رقم برای یک عمق بیت مشخص تعیین می شود و با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود

    U OP - ولتاژ مرجع DAC

    اصل کار اکثر DAC ها، جمع نسبت سیگنال های آنالوگ (وزن بیت)، بسته به کد ورودی است.

    یک DAC را می توان با جمع کردن جریان ها، جمع ولتاژها و تقسیم ولتاژها پیاده سازی کرد. در حالت اول و دوم، مطابق با مقادیر بیت های کد ورودی، سیگنال های ژنراتورهای جریان و منابع E.D.S. آخرین روش یک تقسیم کننده ولتاژ کنترل شده با کد است. دو روش آخر به دلیل دشواری های عملی اجرای آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند.

    راه هایی برای پیاده سازی DAC با جمع جریان وزنی

    ساخت ساده ترین DAC را با جمع وزنی جریان ها در نظر بگیرید.

    این DAC از مجموعه ای از مقاومت ها و مجموعه ای از سوئیچ ها تشکیل شده است. تعداد کلیدها و تعداد مقاومت ها برابر است با تعداد بیت ها nکد ورودی مقادیر مقاومت طبق قانون باینری انتخاب می شوند. اگر R = 3 اهم، 2R = 6 اهم، 4R = 12 اهم، و غیره، یعنی. هر مقاومت بعدی 2 برابر بزرگتر از مقاومت قبلی است. هنگامی که یک منبع ولتاژ متصل می شود و کلیدها بسته می شوند، جریان از هر مقاومت عبور می کند. مقادیر جریان های عبوری از مقاومت ها نیز به دلیل انتخاب مناسب درجه بندی آنها، طبق قانون باینری توزیع می شود. هنگام وارد کردن کد N درکلیدها مطابق با مقدار بیت های کد ورودی مربوط به آنها روشن می شوند. اگر بیت مربوطه برابر با یک باشد، کلید بسته می شود. در این حالت، جریان های متناسب با وزن این بیت ها در گره خلاصه می شود و مقدار جریانی که از گره به عنوان یک کل جریان می یابد، متناسب با مقدار کد ورودی خواهد بود. N در.

    مقاومت مقاومت های ماتریسی بسیار بزرگ (ده ها کیلو اهم) انتخاب می شود. بنابراین، برای اکثر موارد عملی، DAC نقش یک منبع جریان برای بار را ایفا می کند. اگر لازم است ولتاژ در خروجی مبدل به دست آید، یک مبدل ولتاژ جریان در خروجی چنین DAC، به عنوان مثال، روی یک تقویت کننده عملیاتی نصب می شود.

    با این حال، هنگام تغییر کد در ورودی های DAC، مقدار جریان گرفته شده از منبع ولتاژ مرجع تغییر می کند. این مهمترین نقطه ضعف این روش ساخت DAC است. . این روش ساخت تنها زمانی قابل استفاده است که منبع ولتاژ مرجع با مقاومت داخلی پایین باشد. در حالتی دیگر در لحظه تغییر کد ورودی جریان گرفته شده از منبع تغییر می کند که منجر به تغییر افت ولتاژ در آن می شود. مقاومت داخلیو به نوبه خود، به یک تغییر اضافی در جریان خروجی که مستقیماً به تغییر کد مربوط نمی شود. این نقص را می توان با ساختار DAC با کلیدهای سوئیچینگ برطرف کرد.

    این ساختار دارای دو گره خروجی است. بسته به مقدار بیت های کد ورودی، کلیدهای مربوط به آنها به گره مرتبط با خروجی دستگاه یا به گره دیگری که اغلب به زمین متصل است متصل می شوند. در این حالت جریان بدون توجه به موقعیت کلید به طور مداوم از هر مقاومت ماتریس عبور می کند و مقدار جریان مصرفی از منبع ولتاژ مرجع ثابت است.

    یک اشکال مشترک هر دو ساختار در نظر گرفته شده، نسبت بزرگ بین کوچکترین و بزرگترین مقدار مقاومت های ماتریسی است. با این حال، با وجود تفاوت بزرگمقادیر مقاومت، لازم است از دقت مطلق یکسانی در نصب بزرگترین و کوچکترین مقاومت از نظر مقدار اطمینان حاصل شود. در نسخه یکپارچه DAC، با تعداد بیت های بیش از 10، اطمینان از این امر بسیار دشوار است.

    از تمام معایب فوق، ساختارهای مبتنی بر مقاومت R-2Rماتریس ها

    با چنین ساختاری از یک ماتریس مقاومتی، جریان در هر شاخه موازی بعدی به نصف کمتر از شاخه قبلی است. وجود تنها دو مقدار مقاومت در ماتریس تنظیم مقادیر آنها را بسیار آسان می کند.

    جریان خروجی برای هر یک از سازه های ارائه شده به طور همزمان نه تنها با مقدار کد ورودی، بلکه با مقدار ولتاژ مرجع نیز متناسب است. اغلب گفته می شود که با حاصلضرب این دو کمیت متناسب است. بنابراین، چنین DACهایی را ضرب نامیده می کنند. همه این خواص را خواهند داشت. DAC،که در آن تشکیل مقادیر وزنی جریان های مربوط به وزن تخلیه ها با استفاده از ماتریس های مقاومتی انجام می شود.

    علاوه بر استفاده برای هدف مورد نظر خود، DAC های ضرب شونده به عنوان ضرب کننده های آنالوگ به دیجیتال، به عنوان مقاومت ها و رسانایی های کنترل شده با کد استفاده می شوند. آنها به طور گسترده ای به عنوان اجزای سازنده در ساخت تقویت کننده های کنترل شده با کد (قابل تنظیم)، فیلترها، منابع ولتاژ مرجع، تهویه کننده های سیگنال و غیره استفاده می شوند.

    پارامترهای اساسی و خطاهای DAC

    پارامترهای اصلی که در دایرکتوری قابل مشاهده است:

    1. تعداد ارقام - تعداد ارقام کد ورودی.

    2. نسبت تبدیل - نسبت افزایش سیگنال خروجی به افزایش سیگنال ورودیبرای تابع خطیتحولات

    3. زمان تنظیم ولتاژ یا جریان خروجی - فاصله زمانی از لحظه تغییر کد مشخص شده در ورودی DAC تا لحظه ای که در نهایت ولتاژ یا جریان خروجی وارد منطقه با عرض کمترین بیت مهم می شود. MZR).

    4. حداکثر فرکانستبدیل - بیشترین فرکانس کد تغییر می کند که در آن پارامترها را تنظیم کنیدمطابق با استانداردهای تعیین شده

    پارامترهای دیگری نیز وجود دارد که عملکرد DAC و ویژگی های عملکرد آن را مشخص می کند. این موارد عبارتند از: ولتاژ ورودی پایین و سطح بالا، جریان مصرفی، ولتاژ خروجی یا محدوده جریان.

    مهمترین پارامترهای DAC آنهایی هستند که مشخصه های دقت آن را تعیین می کنند.

    ویژگی های دقت هر DAC , اول از همه، آنها با خطاهای نرمال شده در بزرگی تعیین می شوند.

    خطاها به دو دسته پویا و استاتیک تقسیم می شوند. خطاهای استاتیک خطاهایی هستند که پس از اتمام تمام گذراهای مرتبط با تغییر کد ورودی باقی می مانند. خطاهای دینامیکی توسط فرآیندهای گذرا در خروجی DAC تعیین می شوند که در نتیجه تغییر کد ورودی ایجاد می شوند.

    انواع اصلی خطاهای استاتیک DAC:

    خطای تبدیل مطلق در نقطه پایانی مقیاس، انحراف مقدار ولتاژ خروجی (جریان) از مقدار اسمی مربوط به نقطه پایانی مقیاس تابع تبدیل است. در واحدهای کمترین رقم قابل توجه تبدیل اندازه گیری می شود.

    ولتاژ افست صفر در خروجی - ولتاژ جریان مستقیمدر خروجی DAC با کد ورودی مربوط به مقدار صفر ولتاژ خروجی. در واحدهای کم اهمیت ترین رقم اندازه گیری می شود. خطای ضریب تبدیل (مقیاس شده) - مربوط به انحراف شیب تابع تبدیل از مورد نیاز است.

    غیر خطی بودن DAC انحراف تابع تبدیل واقعی از خط مستقیم توافق شده است. این بدترین خطایی است که مقابله با آن دشوار است.

    خطاهای غیرخطی به طور کلی به دو نوع انتگرال و دیفرانسیل تقسیم می شوند.

    خطای غیرخطی انتگرال حداکثر انحراف مشخصه واقعی از حالت ایده آل است. در واقع تابع تبدیل میانگین در این مورد در نظر گرفته می شود. این خطا را به عنوان درصدی از محدوده نهایی مقدار خروجی تعیین کنید.

    غیرخطی بودن دیفرانسیل با عدم دقت در تنظیم وزن ارقام مرتبط است، یعنی. با خطاهای عناصر تقسیم کننده، گسترش پارامترهای باقیمانده عناصر کلیدی، ژنراتورهای جریان و غیره.

    روش های شناسایی و تصحیح خطاهای DAC

    مطلوب است که تصحیح خطا در حین ساخت مبدل ها (تنظیم تکنولوژیکی) انجام شود. با این حال، اغلب هنگام استفاده از یک نمونه خاص مطلوب است. BISدر یک دستگاه یا دستگاه دیگر در این مورد، اصلاح با وارد کردن ساختار دستگاه، علاوه بر این، انجام می شود BIS DACعناصر اضافی چنین روش هایی ساختاری نامیده می شوند.

    دشوارترین فرآیند اطمینان از خطی بودن است، زیرا آنها توسط پارامترهای مرتبط بسیاری از عناصر و گره ها تعیین می شوند. اغلب، فقط ضریب افست صفر

    پارامترهای دقت ارائه شده توسط روش های تکنولوژیکی زمانی که مبدل در معرض عوامل بی ثبات کننده مختلف، به ویژه دما قرار می گیرد، بدتر می شود. همچنین لازم است در مورد عامل پیری عنصر به یاد داشته باشید.

    خطای صفر افست و خطای مقیاس به راحتی در خروجی DAC اصلاح می شود. برای انجام این کار، یک آفست ثابت به سیگنال خروجی وارد می شود، که جبران کننده افست مشخصه مبدل می شود. مقیاس تبدیل مورد نیاز یا با تصحیح بهره تنظیم شده در خروجی مبدل تقویت کننده، یا با تنظیم مقدار ولتاژ مرجع در صورتی که DAC یک ضربی باشد، تنظیم می شود.

    روش‌های تصحیح با کنترل تست شامل شناسایی خطاهای DAC در کل مجموعه تأثیرات ورودی مجاز و اضافه کردن اصلاحات محاسبه‌شده بر این اساس به مقدار ورودی یا خروجی برای جبران این خطاها است.

    با هر روش تصحیحی با کنترل توسط سیگنال تست، اقدامات زیر ارائه می شود:

    1. اندازه گیری ویژگی های DAC در مجموعه ای از اقدامات آزمایشی که برای شناسایی خطاها کافی است.

    2. شناسایی خطاها با محاسبه انحراف آنها از نتایج اندازه گیری.

    3. محاسبه اصلاحات اصلاحی برای مقادیر تبدیل شده یا اقدامات اصلاحی مورد نیاز در بلوک های اصلاح شده.

    4. تصحیح.

    کنترل را می توان یک بار قبل از نصب مبدل در دستگاه با استفاده از تجهیزات اندازه گیری آزمایشگاهی ویژه انجام داد. همچنین می توان آن را با استفاده از تجهیزات تخصصی تعبیه شده در دستگاه انجام داد. در این مورد، کنترل، به عنوان یک قاعده، به صورت دوره ای انجام می شود، تا زمانی که مبدل مستقیماً در عملکرد دستگاه دخالت داشته باشد. چنین سازماندهی کنترل و تصحیح مبدل ها را می توان در طول عملیات آن به عنوان بخشی از یک سیستم اندازه گیری ریزپردازنده انجام داد.

    عیب اصلی هر روش کنترل انتها به انتها، زمان طولانی کنترل همراه با ناهمگونی و حجم زیاد تجهیزات مورد استفاده است.

    مقادیر تصحیح تعیین شده به یک روش، به عنوان یک قاعده، به شکل دیجیتال ذخیره می شود. تصحیح خطاها، با در نظر گرفتن این اصلاحات، می تواند به دو صورت آنالوگ و دیجیتال انجام شود.

    با تصحیح دیجیتال، اصلاحات با در نظر گرفتن علامت آنها به کد ورودی DAC اضافه می شود. در نتیجه کدی به ورودی DAC می رسد که در آن مقدار ولتاژ یا جریان مورد نیاز در خروجی آن تشکیل می شود. ساده ترین اجرای این روش تصحیح شامل یک اصلاح پذیر است DAC،در ورودی که یک دستگاه ذخیره سازی دیجیتال نصب شده است ( حافظه). کد ورودی نقش یک کد آدرس را بازی می کند. که در حافظهدر آدرس های مربوطه، از قبل محاسبه شده، با در نظر گرفتن اصلاحات، مقادیر کدهای ارائه شده به DAC اصلاح شده وارد می شود.

    با تصحیح آنالوگ علاوه بر DAC اصلی از DAC اضافی دیگری نیز استفاده می شود. محدوده سیگنال خروجی آن با حداکثر خطای DAC اصلاح شده مطابقت دارد. کد ورودی به طور همزمان به ورودی های DAC اصلاح شده و ورودی های آدرس داده می شود. حافظهاصلاحات از جانب حافظهاصلاحات، مناسب ارزش داده شدهتصحیح کد ورودی کد تصحیح به سیگنالی متناسب با آن تبدیل می شود که به سیگنال خروجی DAC اصلاح شده اضافه می شود. به دلیل کوچک بودن محدوده مورد نیاز سیگنال خروجی DAC اضافی در مقایسه با محدوده سیگنال خروجی DAC اصلاح شده، خطاهای ذاتی اولین مورد نادیده گرفته می شود.

    در برخی موارد، اصلاح دینامیک DAC ضروری می شود.

    پاسخ گذرا DAC هنگام تغییر ترکیب کدهای مختلف متفاوت خواهد بود، به عبارت دیگر، زمان ته نشین شدن سیگنال خروجی متفاوت خواهد بود. بنابراین هنگام استفاده از DAC باید حداکثر زمان ته نشینی را در نظر گرفت. با این حال، در برخی موارد می توان رفتار مشخصه انتقال را اصلاح کرد.

    ویژگی های استفاده از LSI DAC

    برای کاربرد موفقیت آمیز مدرن BIS DAC برای دانستن لیست ویژگی های اصلی آنها و طرح های اصلی برای گنجاندن آنها کافی نیست.

    تأثیر قابل توجهی بر نتایج برنامه BIS DAC به دلیل ویژگی های یک میکرو مدار خاص، الزامات عملکردی را فراهم می کند. چنین الزاماتی نه تنها شامل استفاده از سیگنال های ورودی معتبر، ولتاژ منبع تغذیه، ظرفیت بار و مقاومت، بلکه اجرای دستور روشن کردن منابع تغذیه مختلف، جداسازی مدارهای اتصال منابع تغذیه مختلف و یک باس مشترک، استفاده از فیلتر و غیره

    برای DAC های دقیق، ولتاژ خروجی نویز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از ویژگی های مشکل نویز در DAC وجود نوک ولتاژ در خروجی آن ناشی از کلیدهای سوئیچینگ در داخل مبدل است. در دامنه، این انفجارها می تواند به چندین ده وزن برسد. MZRو مشکلاتی را در عملکرد دستگاه های پردازش سیگنال آنالوگ به دنبال DAC ایجاد کند. راه حل مشکل سرکوب چنین انفجارهایی استفاده از دستگاه های نمونه گیری و نگه داشتن در خروجی DAC است. UVH). UVHاز قسمت دیجیتالی سیستم کنترل می شود که ترکیب کدهای جدیدی را در ورودی DAC تولید می کند. قبل از ارسال یک ترکیب کد جدید UVHدر حالت ذخیره سازی قرار می گیرد و مدار انتقال سیگنال آنالوگ را به خروجی باز می کند. به همین دلیل، سنبله ولتاژ خروجی DAC روی خروجی نمی افتد. UVH، که سپس در حالت ردیابی قرار می گیرد و سیگنال خروجی DAC را تکرار می کند.

    توجه ویژه هنگام ساخت یک DAC بر اساس BISلازم است به انتخاب تقویت کننده عملیاتی که برای تبدیل جریان خروجی DAC به ولتاژ عمل می کند توجه شود. هنگام اعمال کد ورودی به DAC در خروجی OUخطا کار خواهد کرد DU، به دلیل ولتاژ بایاس آن و برابر است

    ,

    جایی که U سانتی متر- ولتاژ بایاس OU; R os- مقدار مقاومت در مدار بازخورد OU; R mمقاومت ماتریس مقاومتی DAC (مقاومت خروجی DAC) است که به مقدار کد اعمال شده به ورودی آن بستگی دارد.

    از آنجایی که نسبت از 1 به 0 تغییر می کند، خطای ناشی از U سانتی متر، تغییرات در راهروها (1...2) U سانتی متر. نفوذ U سانتی مترهنگام استفاده نادیده گرفته می شود OU،کدام یک .

    به دلیل مساحت زیاد سوئیچ های ترانزیستور در CMOS BISظرفیت خروجی قابل توجه LSI DAC (40...120 pF بسته به مقدار کد ورودی). این خازن تاثیر بسزایی در زمان ته نشینی ولتاژ خروجی دارد. OUبه دقت لازم برای کاهش این تاثیر R osشنت شده توسط خازن با زنبورها.

    در برخی موارد لازم است یک ولتاژ خروجی دوقطبی در خروجی DAC بدست آوریم. این را می توان با وارد کردن یک بایاس در محدوده ولتاژ خروجی در خروجی و برای ضرب DAC با تغییر قطبیت منبع ولتاژ مرجع به دست آورد.

    لطفا توجه داشته باشید که اگر از DAC یکپارچه استفاده می کنید , با داشتن تعدادی بیت بیشتر از آنچه نیاز دارید، سپس ورودی های بیت های استفاده نشده به گذرگاه زمین متصل می شوند و به طور واضح سطح صفر منطقی روی آنها را تعیین می کنند. علاوه بر این، برای کار کردن، در صورت امکان، با طیف وسیعی از سیگنال خروجی LSI DAC، ارقام برای چنین ارقامی گرفته می شوند، که از جوان ترین آنها شروع می شود.

    یکی از نمونه های کاربردی استفاده از DAC ها، تهویه کننده های سیگنال با اشکال مختلف است. یک مدل کوچک در پروتئوس ساخته شده است. با استفاده از DAC یک MK کنترل شده (Atmega8، اگرچه می توان آن را روی Tiny انجام داد)، سیگنال هایی با اشکال مختلف تشکیل می شوند. برنامه با زبان C در CVAVR نوشته شده است. با فشار دادن دکمه، سیگنال تولید شده تغییر می کند.

    LSI DAC DAC0808 نیمه هادی ملی، 8 بیتی، پرسرعت، مطابق مدار معمولی گنجانده شده است. از آنجایی که خروجی آن جریان دارد، با کمک یک تقویت کننده معکوس بر روی op-amp به ولتاژ تبدیل می شود.

    در اصل، شما حتی می توانید چنین ارقام جالبی داشته باشید، چیزی یادآور حقیقت؟ اگر کمی عمق را برای بیشتر انتخاب کنید، صاف تر می شوید

    کتابشناسی - فهرست کتب:
    1. Bakhtiyarov G.D., Malinin V.V., Shkolin V.P. مبدل های آنالوگ به دیجیتال / اد. G.D.Bakhtiyarova - M.: Sov. رادیو - 1980. - 278 ص: بیمار.
    2. طراحی سیستم های ریزپردازنده کنترل و مدیریت آنالوگ دیجیتال.
    3. O.V. شیشوف. - سارانسک: انتشارات موردوف. un-ta 1995. - ص.

    در ادامه می توانید پروژه را دانلود کنید

    مبدل های دیجیتال به آنالوگ دارای ویژگی های استاتیکی و دینامیکی هستند.

    ویژگی های استاتیکی DAC

    اصلی ویژگی های استاتیک DACها عبارتند از:

    · وضوح؛

    غیر خطی بودن؛

    · غیر خطی بودن دیفرانسیل.

    یکنواختی؛

    ضریب تبدیل؛

    خطاهای مطلق در مقیاس کامل؛

    خطای نسبی در مقیاس کامل؛

    افست صفر

    خطای مطلق

    وضوح افزایش U OUT هنگام تبدیل مقادیر مجاور D j است، یعنی. با یک رقم کم اهمیت (EMP) متفاوت است. این افزایش مرحله کوانتیزاسیون است. برای کدهای تبدیل باینری، مقدار اسمی مرحله کوانتیزاسیون

    h \u003d U PN / (2 N - 1)،

    که در آن U PN حداکثر ولتاژ اسمی خروجی DAC است (ولتاژ در مقیاس کامل)، N عمق بیت DAC است. هر چه عمق بیت مبدل بیشتر باشد، وضوح آن بیشتر می شود.

    دقت در مقیاس کامل تفاوت نسبی بین مقادیر واقعی و ایده آل حد مقیاس تبدیل در غیاب افست صفر است، یعنی.

    این جزء ضربی خطای کل است. گاهی اوقات با شماره EMP مربوطه نشان داده می شود.

    خطای جبران صفر – مقدار U OUT زمانی که کد ورودی DAC برابر با صفر باشد. این جزء افزایشی خطای کل است. معمولاً بر حسب میلی ولت یا به صورت درصدی از مقیاس کامل بیان می شود:

    غیر خطی بودن - حداکثر انحراف مشخصه تبدیل واقعی U OUT (D) از بهینه (شکل 5.2، خط 2). عملکرد بهینهبه صورت تجربی یافت می شود تا مقدار خطای غیرخطی را به حداقل برساند. غیر خطی بودن معمولاً در واحدهای نسبی تعریف می شود، اما در داده های مرجع در EMP نیز آورده شده است. برای ویژگی های نشان داده شده در شکل. 5.2،

    غیر خطی بودن دیفرانسیل حداکثر تغییر (با در نظر گرفتن علامت) انحراف مشخصه واقعی تبدیل U OUT (D) از بهینه هنگام عبور از یک مقدار کد ورودی به مقدار مجاور دیگر است. معمولاً در واحدهای نسبی یا در EMP تعریف می شود. برای ویژگی های نشان داده شده در شکل. 5.2،

    یکنواخت ویژگی های تبدیل - افزایش (کاهش) ولتاژ خروجی DAC (U OUT) با افزایش (کاهش) کد ورودی D. اگر غیرخطی دیفرانسیل از مرحله کوانتیزاسیون نسبی h/U PN بیشتر باشد، مشخصه مبدل غیر یکنواخت است.

    بی ثباتی دمایی DAC با مشخصه ضرایب دما خطاهای مقیاس کامل و خطاهای افست صفر.

    خطاهای مقیاس کامل و صفر افست را می توان با کالیبراسیون (تریم) اصلاح کرد. خطاهای غیرخطی را نمی توان با روش های ساده حذف کرد.

    DAC Dynamics

    به ویژگی های پویا صبح DACها شامل زمان تسویه و زمان تبدیل هستند.

    با افزایش پی در پی مقادیر ورودی سیگنال دیجیتال D(t) از 0 تا (2 N - 1) از طریق واحد کم اهمیت ترین رقم، سیگنال خروجی U OUT (t) یک منحنی پلکانی را تشکیل می دهد. این وابستگی معمولاً مشخصه تبدیل DAC نامیده می شود. در صورت عدم وجود خطاهای سخت افزاری، نقاط میانی مراحل روی خط مستقیم ایده آل 1 قرار دارند (شکل 5.2 را ببینید)، که مربوط به ویژگی ایده آلتحولات مشخصه تبدیل واقعی می تواند از نظر اندازه و شکل پله ها و همچنین موقعیت آنها در صفحه مختصات به طور قابل توجهی با حالت ایده آل متفاوت باشد. تعدادی پارامتر برای تعیین کمیت این تفاوت ها وجود دارد.

    پارامترهای دینامیکی DAC با تغییر در سیگنال خروجی با تغییر ناگهانی در کد ورودی، معمولاً از مقدار "همه صفرها" به "همه یک ها" تعیین می شوند (شکل 5.3).

    زمان تسویه - فاصله زمانی از لحظه تغییر
    کد ورودی (شکل 5.3، t = 0) تا آخرین باری که برابری برآورده شود:

    U EXIT - U PSh | = d/2،

    با d/2 معمولاً مربوط به EMP است.

    نرخ ضربه – حداکثر سرعت، بیشینه سرعت U OUT (t) در طول فرآیند گذرا تغییر می کند. به عنوان نسبت افزایشی تعریف می شود Dدر زمان Dt که طی آن این افزایش رخ داده است، خارج شوید. معمولا در نشان داده شده است مشخصات فنی DAC با خروجی ولتاژ. برای مبدل های دیجیتال به آنالوگ با خروجی فعلیاین پارامتر به شدت به نوع آپ امپ خروجی بستگی دارد.

    ضرب DAC ها با خروجی ولتاژ اغلب در فرکانس بهره واحد و پهنای باند توان نقل می شوند که در درجه اول توسط ویژگی های تقویت کننده خروجی تعیین می شود.

    شکل 5.4 دو روش خطی‌سازی را نشان می‌دهد که از آن‌ها نتیجه می‌شود که روش خطی‌سازی برای به دست آوردن حداقل مقدار Dl که در شکل نشان داده شده است. 5.4، b به شما امکان می دهد خطای D l را در مقایسه با روش خطی سازی توسط نقاط مرزی به نصف کاهش دهید (شکل 5.4، a).

    برای مبدل های دیجیتال به آنالوگ با n رقم باینری، در حالت ایده آل (در صورت عدم وجود خطاهای تبدیل)، خروجی آنالوگ U OUT با ورودی مطابقت دارد. عدد باینریبه روش زیر:

    U EXIT \u003d U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 + ... + a n 2 -n)،

    که در آن U OP ولتاژ مرجع DAC (از منبع داخلی یا خارجی) است.

    از آنجایی که ∑ 2 -i \u003d 1 - 2 -n است، پس با روشن بودن همه بیت ها، ولتاژ خروجی DAC برابر است با:

    U OUT (a 1 ... a n) \u003d U OP (1 - 2 -n) \u003d (U OP / 2 n) (2 n - 1) \u003d D (2 n - 1) \u003d U PN،

    که در آن U PN ولتاژ در مقیاس کامل است.

    بنابراین، هنگامی که همه بیت ها روشن می شوند، ولتاژ خروجی مبدل دیجیتال به آنالوگ، که در این مورد U PN را تشکیل می دهد، با مقدار ولتاژ مرجع (U OP) با مقدار کمترین رقم قابل توجه متفاوت است. مبدل (D) که به صورت تعریف شده است

    D \u003d U OP /2 n.

    هنگامی که هر رقم iم روشن می شود، ولتاژ خروجی DAC از رابطه زیر تعیین می شود:

    U OUT / a i \u003d U OP 2 -i.

    مبدل دیجیتال به آنالوگ کد باینری دیجیتال Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 را به یک مقدار آنالوگ تبدیل می کند که معمولاً ولتاژ U OUT است. یا فعلی I OUT. هر رتبه کد باینریوزن معینی از رقم i دو برابر وزن (i-1)-ام است. عملکرد DAC را می توان با فرمول زیر توصیف کرد:

    U OUT \u003d e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 + ...)،

    جایی که e ولتاژ مربوط به وزن کمترین بیت است، Q i مقدار بیت i کد باینری (0 یا 1) است.

    به عنوان مثال، عدد 1001 مطابق با:

    U OUT = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · ه،

    و شماره 1100مطابقت دارد

    U OUT = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · ه.

    مشکلات قابل توجهی در کاهش خطای تصادفی در اندازه گیری یک کمیت متغیر با زمان ایجاد می شود. در این مورد، برای به دست آوردن بهترین تخمین مقدار اندازه گیری شده، از روش فیلترینگ استفاده می شود. بسته به نوع تبدیل های مورد استفاده، فیلتر خطی و غیر خطی متمایز می شود که در آن اجرای رویه های فردی هم در سخت افزار و هم در نرم افزار قابل انجام است.

    از فیلتر کردن می توان نه تنها برای سرکوب تداخل القا شده در مدارهای ورودی سیگنال آنالوگ، بلکه در صورت لزوم برای محدود کردن طیف ورودی و بازیابی طیف سیگنال خروجی استفاده کرد (این قبلا قبلاً ذکر شد). در صورت لزوم می توان از فیلترهایی با فرکانس قطع قابل تنظیم استفاده کرد.

    کاربرد تصحیح خودکارخطاهای سیستماتیک را می توان به عنوان انجام انطباق کانال با وضعیت خود در نظر گرفت. استفاده از یک پایه عنصر مدرن امروزه امکان پیاده سازی مدارهای ورودی را فراهم می کند که با ویژگی های سیگنال ورودی، به ویژه با محدوده دینامیکی آن سازگار می شوند. این سازگاری به تقویت کننده ورودی کنترل شده با بهره نیاز دارد. اگر با توجه به نتایج اندازه‌گیری‌های قبلی، می‌توان تشخیص داد که محدوده دینامیکی سیگنال در مقایسه با محدوده سیگنال ورودی ADC کوچک است، آنگاه بهره تقویت‌کننده افزایش می‌یابد تا محدوده دینامیکی سیگنال مطابق با محدوده عملیاتی ADC بنابراین، می توان به حداقل رساندن خطای گسسته سازی سیگنال و در نتیجه افزایش دقت اندازه گیری ها دست یافت. هنگام پردازش نتایج اندازه گیری توسط کنترلر دیجیتال، تغییر در افزایش سیگنال در ورودی توسط نرم افزار در نظر گرفته می شود.

    معیارهای ارزیابی انطباق محدوده دینامیکیسیگنال و برد ADC در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت و راه هایی برای تطبیق کانال ورودی با ویژگی های فرکانس سیگنال ورودی نیز در نظر گرفته خواهد شد.

    2.4. دستگاه های نگهدارنده نمونه

    هنگام جمع آوری اطلاعات و تبدیل بعدی آن، اغلب لازم است که مقدار سیگنال آنالوگ را برای مدت زمان مشخصی ثابت کنیم. برای این کار از دستگاه های نمونه و نگهدارنده (SHA) استفاده می شود. نام دیگر چنین دستگاه هایی دستگاه های ذخیره سازی آنالوگ (AMU) است. کار آنها در دو حالت انجام می شود. در حالت نمونه برداری (ردیابی) باید سیگنال آنالوگ ورودی را در خروجی خود تکرار کنند و در حالت ذخیره سازی باید آخرین ولتاژ ورودی قبل از لحظه سوئیچ دستگاه به این حالت را ذخیره و به خروجی خود بروند.

    در ساده ترین حالت، هنگام ساخت SHA، برای انجام این عملیات، فقط به یک خازن نیاز داریم. با xp و کلید اس(شکل 2.12. آ). هنگامی که کلید بسته است، ولتاژ روی خازن و در خروجی UVH ورودی را تکرار می کند. هنگامی که کلید باز می شود، ولتاژ خازن که مقدار آن برابر با ولتاژ ورودی در لحظه باز شدن کلید خواهد بود، روی آن ذخیره شده و به خروجی SHA منتقل می شود.

    https://pandia.ru/text/78/077/images/image030_18.jpg" width="457" height="428 src=">

    برنج. 2.12. نمودار عملکردی UVH ( آ) و نمودارهای زمان بندی عملکرد آن ( ب)

    بدیهی است که در اجرای عملی، سطح ولتاژ خازن در حالت ذخیره سازی ثابت نمی ماند (شکل 2.12. ب) به دلیل تخلیه آن توسط جریان به بار و تخلیه به دلیل جریان های نشتی خود. برای اینکه ولتاژ خازن تا حد امکان در حد قابل قبولی باقی بماند، یک فالوور در خروجی UVH در op-amp نصب می شود. DA 1 در شکل 2.12. آ). همانطور که می دانید، تکرار کننده دارای امپدانس ورودی بزرگی است. این امر مدار خازن و مدار بار را با مقاومت "از جفت" جدا می کند و تخلیه خازن از طریق بار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. برای کاهش جریان های نشتی ذاتی، باید خازن با دی الکتریک با کیفیت بالا انتخاب کنید. و البته برای اینکه ولتاژ خازن تا زمانی که ممکن است ثابت بماند، لازم است تا جایی که ممکن است ظرفیت بیشتری گرفته شود.

    هنگام تغییر SHA از حالت ذخیره سازی به حالت ردیابی، ولتاژ روی خازن بلافاصله به سطح فعلی ولتاژ ورودی نمی رسد (شکل 2.12. ب). مدت زمانی که برای این اتفاق می‌افتد، با زمان شارژ خازن تعیین می‌شود - این زمان زمان ضبط یا زمان نمونه‌برداری نامیده می‌شود. خازن هر چه سریعتر شارژ شود، جریان شارژ آن بیشتر می شود. برای اینکه این جریان با مقاومت خروجی مرحله قبل محدود نشود، یک فالوور نیز در ورودی SHA تعبیه شده است. DA 2 در شکل 2.12. آ). که در این مورداز خاصیت این که فالوور امپدانس خروجی پایینی دارد استفاده می شود. خازن سریعتر شارژ می شود، ظرفیت آن کمتر است. بنابراین، شرایط برای انتخاب مقدار ظرفیت خازن برای عملکرد بهینه SHA در حالت های مختلف متناقض هستند - ظرفیت خازن باید هر بار بر اساس الزامات خاص برای مدت زمان حالت های عملکرد آن انتخاب شود.

    یک دنبال کننده ورودی یک بار خازنی را هدایت می کند. بنابراین، برای ساخت آن، از تقویت کننده های عملیاتی استفاده می شود که در بهره واحد و بار خازنی بزرگ پایدار هستند.

    هنگام استفاده از SHA در ADC، زمان ذخیره سازی معمولاً خیلی بیشتر از زمان تبدیل ADC نیست. در این حالت مقدار خازن به گونه ای انتخاب می شود که به دست آید بهترین زمانگرفتن، مشروط بر اینکه افت ولتاژ در طول یک تبدیل از مقدار LSB ADC تجاوز نکند.

    از آنجایی که تلفات دی الکتریک در یک خازن ذخیره سازی یکی از منابع خطا است، بهتر است خازن هایی را با دی الکتریک ساخته شده از پلی پروپیلن، پلی استایرن و تفلون انتخاب کنید. خازن های میکا و پلی کربنات در حال حاضر ویژگی های بسیار متوسطی دارند. و اصلا نباید از خازن های سرامیکی استفاده کرد.

    ویژگی های دقت UVH شامل ولتاژ بایاس صفر است که معمولاً از 5 میلی ولت تجاوز نمی کند (اگر از یک آپ امپ با ترانزیستورهای دوقطبی در ورودی استفاده می شود. ترانزیستورهای اثر میدانیدر ورودی، یک افست صفر قابل توجه تری دارند) و رانش ولتاژ شناسایی شده در یک ظرفیت معین از خازن ذخیره سازی (برای UVH مختلف از 10-3 تا با XP = 1000 pF). مقدار دریفت را می توان با افزایش ظرفیت کاهش داد با XP. با این حال، این عملکرد دینامیکی مدار را کاهش می دهد.

    ویژگی های دینامیکی SHA عبارتند از: زمان نمونه برداری، که نشان می دهد در نامساعدترین شرایط، فرآیند شارژ خازن ذخیره سازی با یک سطح تحمل معین چه مدت طول می کشد. و تاخیر دیافراگم - دوره بین لحظه حذف ولتاژ کنترل و قفل شدن واقعی کلید.

    مدارهای مجتمع نمونه برداری و نگهداری زیادی وجود دارد که دارای عملکرد خوب. تعدادی از مدارها شامل یک خازن نگهدارنده داخلی هستند و حداکثر زمان نمونه برداری ده ها یا صدها نانوثانیه را با دقت 0.01 درصد برای سیگنال 10 ولت تضمین می کنند. تأخیر دیافراگم برای SHA های رایج از 100 ns تجاوز نمی کند. در صورت نیاز به عملکرد بالاتر، می توان از واحدهای HVAC هیبریدی و مدولار استفاده کرد.

    به عنوان نمونه ای از ساخت عملی SHA در شکل. 2.13 نمودار عملکردی BIS K1100SK2 (LF398) را نشان می دهد. مدار دارای یک بازخورد منفی مشترک است که کل مدار را پوشش می دهد - از خروجی دنبال کننده روی تقویت کننده عملیاتی DA 2 به ورودی تکرار کننده در تقویت کننده DA 1.

    Dating" href="/text/category/datirovanie/" rel="bookmark">تعیین تاریخ خواندن ADC هنگام اندازه‌گیری سیگنال متغیر، در سیستم‌های اندازه‌گیری چند کاناله برای جمع‌آوری همزمان داده‌ها از سنسورهای مختلفاز بین بردن اسپک های فرکانس بالا در سیگنال خروجی DAC هنگام تغییر کد. این و سایر کاربردهای SHA در مطالب بعدی با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت.

    3. مبدل های دیجیتال به آنالوگ

    3.1 روش های کلی اجرا

    مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) دستگاه هایی هستند که برای تبدیل یک کد دیجیتال به سیگنال آنالوگ در بزرگی متناسب با مقدار کد استفاده می شوند.

    DAC ها به طور گسترده ای برای اتصال سیستم های کنترل دیجیتال با محرک ها و مکانیسم هایی که توسط سطح سیگنال آنالوگ کنترل می شوند، به عنوان اجزای دستگاه ها و مبدل های پیچیده آنالوگ به دیجیتال استفاده می شوند.

    در عمل، DAC ها عمدتا برای تبدیل کدهای باینری استفاده می شوند، بنابراین در ادامه فقط در مورد چنین DAC صحبت خواهیم کرد.

    هر DAC، اول از همه، با تابع تبدیل آن مشخص می شود، که تغییر در مقدار ورودی (کد دیجیتال) را به تغییر در مقدار خروجی (ولتاژ یا جریان) مرتبط می کند. 3.1.

    برنج. 3.1. تابع تبدیل ( مشخصه انتقال) DAC

    از نظر تحلیلی، تابع تبدیل DAC را می توان به صورت زیر بیان کرد (برای حالتی که سیگنال خروجی با ولتاژ نشان داده می شود):

    U OUT = ( Uحداکثر / نحداکثر) ن VX، کجا

    U OUT - مقدار ولتاژ خروجی مربوط به کد دیجیتال ن VX به ورودی های DAC اعمال می شود.

    U MAX حداکثر ولتاژ خروجی مربوط به حداکثر کد اعمال شده به ورودی ها است نحداکثر

    ارزش به DAC با نسبت تعریف شده است U MAX/ ن MAX ضریب تبدیل دیجیتال به آنالوگ نامیده می شود. ثبات آن برای کل محدوده تغییرات آرگومان ها، تناسب تغییرات در مقدار سیگنال آنالوگ خروجی را با تغییرات مربوطه در مقدار کد ورودی تعیین می کند. به همین دلیل است که با وجود شکل پلکانی مشخصه مرتبط با تغییر گسسته در مقدار ورودی (کد دیجیتال)، اعتقاد بر این است که DAC ها مبدل های خطی هستند.

    اگر ارزش نبا توجه به مقادیر وزن ارقام آن، تابع تبدیل DAC را می توان به صورت زیر بیان کرد:

    U OUT = KCAP، که در آن

    من- شماره رقم کد ورودی ن VX;

    آمن - ارزش منرقم ام (صفر یا یک)؛

    Uمن - وزن مندسته -ام؛

    nتعداد ارقام کد ورودی (تعداد ارقام DAC) است.

    این روش نوشتن تابع تبدیل تا حد زیادی منعکس کننده اصل عملکرد اکثر DAC ها است که اساساً شامل جمع کردن نسبت های مقدار خروجی آنالوگ (مجموع اقدامات آنالوگ) است که هر کدام متناسب با وزن بیت مربوطه است.

    به طور کلی، با توجه به روش ساخت، یک DAC با جمع وزنی جریان ها، با جمع وزنی ولتاژها و بر اساس یک تقسیم کننده ولتاژ کنترل شده با کد متمایز می شود.

    هنگام ساخت یک DAC بر اساس جمع وزنی جریان ها مطابق با مقادیر بیت های کد ورودی ن VX سیگنال های ژنراتورهای جریان را جمع کرد و سیگنال خروجی با جریان نمایش داده می شود. ساخت یک DAC چهار بیتی با استفاده از این اصل در شکل 1 نشان داده شده است. 3.2. مقادیر جریان ژنراتور متناسب با وزن بیت های کد باینری انتخاب می شوند، یعنی اگر مقدار فعلی کوچکترین مولد جریان مربوط به کمترین بیت مهم کد ورودی برابر باشد. من، پس مقدار هر بعدی باید دو برابر قبلی باشد - 2 من, 4من, 8من. هر من-مین رقم کد ورودی ن VX مدیریت می کند من-کلید اسمن. اگر منرقم -ام برابر با یک است، سپس کلید مربوطه بسته می شود و سپس جریان ژنراتور، که در آن مقدار فعلی متناسب با وزن این است. مندسته -ام، در تشکیل جریان خروجی مبدل شرکت می کند. بنابراین، معلوم می شود که مقدار جریان خروجی منن VX.

    برنج. 3.2. ساخت یک DAC بر اساس جمع وزنی جریان ها

    ن اس 1, اس 2 و اس 4 در نمودار شکل. 3.2 بسته خواهد شد و کلید اس 3 - باز کردن بنابراین، در گره خروجی، جریان برابر است من, 2منو 8 من. در مجموع، آنها جریان خروجی را تشکیل می دهند منخروج = 11من، یعنی مقدار جریان خروجی من ن VX = 11.

    هنگام ساخت یک DAC بر اساس جمع وزنی ولتاژها مطابق با مقادیر بیت های کد ورودی نسیگنال خروجی ورودی/خروجی DAC از مقادیر ژنراتورهای ولتاژ تشکیل شده و با ولتاژ نشان داده می شود. ساخت یک DAC چهار بیتی با استفاده از این اصل در شکل 1 نشان داده شده است. 3.3. مقادیر ژنراتورهای ولتاژ مطابق با قانون توزیع باینری تنظیم می شود - متناسب با وزن بیت های کد باینری ( E, 2E, 4Eو 8 E). اگر من-مین رقم کد ورودی ن VX برابر با یک است، سپس کلید مربوطه باید باز باشد، در حالی که ژنراتور ولتاژ، که در آن مقدار ولتاژ متناسب با وزن این است. مندسته -ام، در تشکیل ولتاژ خروجی شرکت می کند Uمبدل OUT. بنابراین، معلوم می شود که مقدار ولتاژ خروجی U OUT DAC متناسب با مقدار کد ورودی است ن VX.

    برنج. 3.3. ساخت یک DAC بر اساس جمع وزنی ولتاژها

    به عنوان مثال، اگر مقدار کد ورودی ن BX برابر با یازده است، یعنی به صورت دودویی به صورت (1011) نمایش داده می شود، سپس کلیدها توسط بیت های مربوطه کنترل می شوند. اس 1, اس 2 و اس 4 در نمودار شکل. 3.3 باز خواهد شد و کلید اس 3 - بسته بنابراین، در مدار خروجی، ولتاژ برابر است E، 2Eو 8 E. در مجموع، آنها ولتاژ خروجی را تشکیل می دهند U OUT = 11 من، یعنی مقدار ولتاژ خروجی U OUT متناسب با مقدار کد ورودی خواهد بود ن VX = 11.

    در مورد دوم، DAC به عنوان یک تقسیم کننده ولتاژ کنترل شده با کد پیاده سازی می شود (شکل 3.4).

    برنج. 3.4. ساخت یک DAC بر اساس یک تقسیم کننده ولتاژ کنترل شده با کد

    تقسیم کننده کد کنترل شده از دو بازو تشکیل شده است. اگر عمق بیت DAC پیاده سازی شده برابر باشد n، سپس تعداد مقاومت های موجود در هر بازو 2 عدد است n. مقاومت هر بازوی تقسیم کننده با استفاده از کلیدها تغییر می کند اس. کلیدها توسط کد واحد خروجی رسیور کنترل می شوند دی سی، و کلیدهای یک شانه مستقیماً توسط آن کنترل می شود ، سایرین - از طریق اینورترها. کد خروجی رسیور شامل تعداد واحدهای برابر با مقدار کد ورودی است ن VX. در عین حال، درک اینکه ضریب تقسیم کننده همیشه با مقدار کد ورودی متناسب خواهد بود دشوار نیست. ن VX.

    دو روش آخر به دلیل دشواری های عملی اجرای آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرند. برای یک ساختار DAC با مجموع وزنی ولتاژها، پیاده سازی ژنراتورهای ولتاژی که به حالت اجازه می دهند غیرممکن است. مدار کوتاهدر خروجی و همچنین کلیدهایی که ولتاژ باقیمانده در حالت بسته ندارند. در ساختار DAC بر اساس یک تقسیم کننده با کد کنترل شده، هر یک از دو بازوی تقسیم کننده از تعداد بسیار زیادی مقاومت تشکیل شده است (2). n)، شامل همان تعداد کلید برای مدیریت آنها و رمزگشای حجمی است. بنابراین، با این رویکرد، اجرای DAC بسیار دست و پا گیر است. بنابراین، ساختار اصلی مورد استفاده در عمل، ساختار DAC با جمع وزنی جریان ها است.

    3.2 DAC با جمع وزنی جریان ها

    ساخت ساده ترین DAC را با جمع وزنی جریان ها در نظر بگیرید. در ساده ترین حالت، چنین DAC از یک ماتریس مقاومتی و مجموعه ای از کلیدها تشکیل شده است (شکل 3.5).

    برنج. 3.5. پیاده سازی DAC آرایه مقاومتی

    تعداد کلیدها و تعداد مقاومت های ماتریس برابر با تعداد ارقام است. nکد ورودی ن VX. مقادیر مقاومت متناسب با وزن کد باینری، یعنی متناسب با مقادیر سری انتخاب می شوند. 2i،من = 1… n. هنگامی که یک منبع ولتاژ به یک گره مشترک ماتریس متصل می شود و کلیدها بسته می شوند، جریان از هر مقاومت عبور می کند. مقادیر جریان های عبوری از مقاومت ها، به دلیل انتخاب مناسب درجه بندی آنها، طبق قانون باینری توزیع می شود، یعنی متناسب با وزن بیت های کد باینری خواهد بود. هنگام وارد کردن کد نکلیدهای BX مطابق با مقدار بیت های مربوطه کد ورودی روشن می شوند. اگر بیت مربوطه برابر با یک باشد، کلید بسته می شود. در این حالت، جریان های متناسب با وزن این تخلیه ها در گره جاری خلاصه می شود و مقدار جریانی که از گره به طور کلی جریان می یابد، متناسب با مقدار کد ورودی خواهد بود. ن VX.

    این ساختار دارای دو گره خروجی است. بسته به مقدار بیت های کد ورودی، کلیدهای مربوط به آنها به گره مرتبط با خروجی دستگاه یا به گره دیگری که اغلب به زمین متصل است متصل می شوند. در این حالت جریان بدون توجه به موقعیت کلید به طور مداوم از هر مقاومت ماتریس عبور می کند و مقدار جریان مصرفی از منبع ولتاژ مرجع ثابت است.

    برنج. 3.6. پیاده سازی DAC بر اساس یک ماتریس مقاومتی و با کلیدهای تغییر

    یک اشکال مشترک هر دو ساختار در نظر گرفته شده، نسبت بزرگ بین کوچکترین و بزرگترین مقدار مقاومت های ماتریسی است. در عین حال، با وجود تفاوت زیاد در مقادیر مقاومت، لازم است از خطای مطلق یکسانی در برازش بزرگترین و کوچکترین مقاومت از نظر مقدار اطمینان حاصل شود. یعنی دقت نسبی نصب مقاومت های بزرگ باید بسیار بالا باشد. در نسخه یکپارچه DAC، با تعداد بیت های بیش از ده، اطمینان از این امر بسیار دشوار است.

    از میان تمام این کاستی ها، ساختارهای مبتنی بر مقاومت R- 2آرماتریس ها (شکل 3.7).

    برنج. 3.7. پیاده سازی های مبتنی بر DAC آر-2آرماتریس مقاومتی

    و با کلیدهای تلنگر

    مشاهده می شود که با چنین ساختاری از ماتریس مقاومتی، جریان در هر شاخه موازی بعدی دو برابر کمتر از شاخه قبلی است، یعنی مقادیر آنها طبق یک قانون باینری توزیع می شود. وجود تنها دو مقدار مقاومت در ماتریس، که با ضریب دو تفاوت دارند، تنظیم مقادیر آنها را بدون تحمیل الزامات بالا به دقت نسبی تناسب بسیار آسان می کند.

    3.3 پارامترهای DAC و خطاها

    سیستم مشخصات الکتریکی DAC، منعکس کننده ویژگی های ساخت و عملکرد آنها، بیش از ده ها پارامتر را ترکیب می کند. در زیر موارد اصلی توصیه شده برای درج در اسناد نظارتی و فنی به عنوان رایج ترین و کامل ترین توصیف کننده عملکرد مبدل در حالت های استاتیک و دینامیک است.

    1. تعداد ارقام - تعداد ارقام کد ورودی.

    2. ضریب تبدیل - نسبت افزایش سیگنال خروجی به افزایش سیگنال ورودی برای تابع تبدیل خطی.

    3. زمان تنظیم ولتاژ یا جریان خروجی - فاصله زمانی از لحظه تغییر کد مشخص شده در ورودی DAC تا لحظه ای که در نهایت ولتاژ یا جریان خروجی وارد منطقه با عرضی برابر با وزن کمترین می شود. بیت قابل توجه (LSD)، به طور متقارن نسبت به مقدار ثابت قرار دارد. روی انجیر شکل 3.8 تابع انتقال DAC را نشان می دهد که نشان می دهد چگونه خروجی DAC در طول زمان با تغییر کد تغییر می کند. علاوه بر زمان ته نشینی، برخی دیگر از پارامترهای دینامیکی DAC را نیز مشخص می کند - مقدار بیش از حد سیگنال خروجی، درجه میرایی، فرکانس دایره ای فرآیند ته نشینی و غیره. هنگام تعیین ویژگی های یک DAC خاص، این مشخصه زمانی حذف می شود که کد از صفر به کدی معادل نیمی از حداکثر مقادیر آن تغییر کند.

    4. حداکثر فرکانس تبدیل - بالاترین فرکانس نمونه برداری که در آن پارامترهای مشخص شده با استانداردهای تعیین شده مطابقت دارند.

    پارامترهای دیگری نیز وجود دارد که عملکرد DAC و ویژگی های عملکرد آن را مشخص می کند. از جمله: ولتاژ ورودی سطح پایین و بالا، جریان نشتی خروجی، جریان مصرفی، محدوده ولتاژ یا جریان خروجی، ضریب تأثیر ناپایداری منابع تغذیه و غیره.

    مهمترین پارامترها برای یک DAC آنهایی هستند که مشخصه های دقت آن را تعیین می کنند، که با خطاهای نرمال شده با بزرگی تعیین می شوند.

    برنج. 3.8. تعیین زمان ته نشینی خروجی DAC

    اول از همه، لازم است به وضوح تشخیص داده شود خطاهای استاتیکی و دینامیکی DAC. خطاهای استاتیک خطاهایی هستند که پس از اتمام تمام گذراهای مرتبط با تغییر کد ورودی باقی می مانند. خطاهای دینامیکی توسط گذرا در خروجی DAC یا اجزای آن، که در نتیجه تغییر کد ورودی به وجود آمده اند، تعیین می شوند.

    انواع اصلی خطاهای استاتیکی DAC به شرح زیر تعریف می شوند.

    خطای تبدیل مطلق در نقطه پایان مقیاس- انحراف مقدار ولتاژ خروجی (جریان) از مقدار اسمی مربوط به نقطه پایانی مقیاس تابع تبدیل. برای DACهایی که با منبع ولتاژ مرجع خارجی کار می کنند، بدون در نظر گرفتن خطای معرفی شده توسط این منبع تعیین می شود. در واحدهای کمترین رقم قابل توجه تبدیل اندازه گیری می شود.

    ولتاژ افست صفردر خروجی - ولتاژ در خروجی DAC در کد ورودی صفر. در واحدهای کم اهمیت ترین رقم اندازه گیری می شود. تغییر موازی تابع تبدیل واقعی را تعیین می کند و غیرخطی ها را معرفی نمی کند. این یک خطای افزایشی است.

    خطای ضریب تبدیل(مقیاس شده) خطای ضربی مربوط به انحراف شیب تابع تبدیل از مقدار مورد نیاز است.

    غیر خطی بودن DAC- انحراف تابع تبدیل واقعی از خط مستقیم توافق شده. نیاز اصلی یک DAC از این دیدگاه یکنواختی اجباری مشخصه است که منحصر به فرد بودن مطابقت بین سیگنال های خروجی و ورودی مبدل را تعیین می کند. به طور رسمی، نیاز یکنواختی شامل ثابت بودن علامت مشخصه مشتق در کل منطقه کاری است.

    خطاهای غیرخطی به طور کلی به دو نوع انتگرال و دیفرانسیل تقسیم می شوند.

    خطای غیرخطی انتگرالحداکثر انحراف مشخصه واقعی از ویژگی ایده آل است. در واقع تابع تبدیل میانگین در این مورد در نظر گرفته می شود. این خطا را به عنوان درصدی از محدوده نهایی مقدار خروجی تعیین کنید. غیر خطی بودن انتگرال از اثرات غیرخطی مختلفی ناشی می شود که بر عملکرد مبدل به عنوان یک کل تأثیر می گذارد. آنها به وضوح در طراحی یکپارچه مبدل ها آشکار می شوند. به عنوان مثال، می تواند با سطح متفاوتی از گرمایش در LSI برخی از مقاومت های غیر خطی برای کدهای ورودی مختلف مرتبط باشد.

    خطای غیر خطی دیفرانسیل- انحراف مشخصه واقعی از یک مشخصه ایده آل برای مقادیر کد مجاور. این خطاها منعکس کننده انحرافات غیر یکنواخت مشخصه واقعی از حالت ایده آل هستند. برای مشخص کردن کل تابع تبدیل، غیرخطی دیفرانسیل محلی، که حداکثر در مدول است، انتخاب شده است. حدود مقادیر مجاز غیر خطی بودن دیفرانسیل بر حسب واحد وزن کمترین رقم بیان می شود.

    علل خطاهای دیفرانسیل و چگونگی تأثیر آنها بر تابع تبدیل DAC را در نظر بگیرید. تصور کنید که تمام وزن ارقام در DAC کاملاً دقیق تنظیم شده اند، به جز وزن مهم ترین رقم.

    اگر دنباله ای از تمام ترکیبات کد را برای یک کد باینری با ظرفیت مشخص در نظر بگیریم، الگوهای تشکیل یک کد باینری، از جمله موارد دیگر، تعیین می کند که در ترکیب کدهای مربوط به مقادیر از صفر تا نصف مقیاس کامل ( از صفر تا نصف حداکثر مقدار کد)، مهمترین رقم همیشه برابر با صفر است و در ترکیب کدهای مربوط به مقادیر از نصف مقیاس تا مقدار کامل آن، مهم ترین رقم همیشه برابر با یک است. بنابراین، هنگامی که کدهای مربوط به نیمه اول مقیاس مقادیر کد ورودی به DAC تغذیه می شوند، وزن مهم ترین رقم در تشکیل سیگنال خروجی شرکت نمی کند و زمانی که کدهای مربوط به نیمه دوم اعمال می شود، به طور مداوم شرکت می کند. اما اگر وزن این رقم با خطا داده شود، آنگاه این خطا بر شکل گیری سیگنال خروجی نیز تاثیر می گذارد. سپس همانطور که در شکل نشان داده شده است در تابع تبدیل DAC منعکس می شود. 3.9. آ.

    برنج. 3.9. تأثیر خطای مرجع بر تابع تبدیل DAC

    وزنه های ارشد

    از انجیر 3.9. آ. مشاهده می شود که برای نیمه اول مقادیر کد ورودی، تابع تبدیل DAC واقعی با مقدار ایده آل مطابقت دارد و برای نیمه دوم مقادیر کد ورودی، تابع تبدیل واقعی با مقدار ایده آل تفاوت دارد. خطا در تنظیم وزن مهم ترین رقم. به حداقل رساندن اثر این خطا بر تابع تبدیل DAC می‌تواند با انتخاب یک ضریب مقیاس تبدیل که خطا را در نقطه پایانی مقیاس تبدیل به صفر کاهش می‌دهد به دست آید (شکل 3.9. ب). مشاهده می شود که خطاهای دیفرانسیل به طور متقارن در وسط مقیاس توزیع شده اند. این یک نام دیگر را تعیین کرد - خطاهایی از نوع متقارن. در عین حال، می توان مشاهده کرد که وجود چنین خطایی رفتار غیر یکنواخت تابع تبدیل DAC را تعیین می کند.

    روی انجیر 3.10. آ. نشان داده شده است که چگونه تابع تبدیل DAC واقعی با حالت ایده آل متفاوت خواهد بود، مشروط بر اینکه هیچ خطایی در تنظیم وزن همه ارقام وجود نداشته باشد، به جز رقمی که قبل از بالاترین رقم قرار دارد. برنج. 3.10. ب. رفتار تابع تبدیل را در صورت انتخاب (به صفر کاهش) جزء مقیاس خطای کل نشان می دهد.

    مترولوژی .

    خطای صفر افست و خطای مقیاس به راحتی در خروجی DAC اصلاح می شود. برای انجام این کار، یک آفست ثابت به سیگنال خروجی وارد می شود، که جبران کننده افست مشخصه مبدل می شود. مقیاس تبدیل مورد نیاز یا با تصحیح بهره تنظیم شده در خروجی مبدل تقویت کننده، یا با تنظیم مقدار ولتاژ مرجع در صورتی که DAC یک ضربی باشد، تنظیم می شود.

    ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

    کار خوببه سایت">

    دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

    • محتوا 2
    • که درهدایت 3
    • 1. وظیفه فنی 6
    • 2. توسعه و توصیف سیستمی از کانال های اندازه گیری برای تعیین ویژگی های استاتیکی و دینامیکی 8
    • 2.1 توسعه اصل انتخاب و تنظیم ویژگی های استاتیکی و دینامیکی کانال های اندازه گیری ابزار اندازه گیری 8
    • 2.2 توسعه مجتمع های ویژگی های اندازه گیری نرمال شده 12
    • 3. توسعه ابزارهای اندازه گیری مترولوژیکی 16
    • 3.1 توسعه قابلیت اطمینان اندازه گیری ابزارهای اندازه گیری. 16
    • 3.2 تغییر مشخصات اندازه شناسی وسایل 19
    • اندازه گیری در حین کار 19
    • 3.3 توسعه مدل های استانداردسازی اندازه شناسی 22
    • مشخصات 22
    • 4. طبقه بندی سیگنال ها 26
    • 5. توسعه کانال 30
    • 5.1 توسعه مدل کانال 30
    • 5.2 توسعه مدل کانال اندازه گیری 30
    • ادبیات 35

    معرفی

    یکی از اشکال اصلی نظارت اندازه‌شناسی دولتی و کنترل ادارات با هدف اطمینان از یکنواختی اندازه‌گیری‌ها در کشور، همانطور که قبلاً ذکر شد، تأیید ابزار اندازه‌گیری است. ابزار اندازه گیری تولید شده از تولید و تعمیر، دریافت شده از خارج از کشور، و همچنین آنهایی که در حال بهره برداری و ذخیره سازی هستند، مشمول تایید هستند. الزامات اصلی برای سازماندهی و روش تأیید ابزار اندازه گیری توسط GOST "GSI" تعیین شده است. تایید ابزار اندازه گیری سازمان و رویه». اصطلاح "تأیید" توسط GOST "GSI" معرفی شد. مترولوژی. اصطلاحات و تعاریف" به عنوان "تعیین خطاهای یک ابزار اندازه گیری توسط بدنه اندازه گیری و تعیین مناسب بودن آن برای استفاده". در برخی موارد، هنگام تأیید، به جای تعیین مقادیر خطاها، بررسی می کنند که آیا خطا در محدوده قابل قبول است یا خیر. بنابراین، تأیید SI برای تعیین مناسب بودن آنها برای استفاده انجام می شود. مناسب برای استفاده در یک بازه زمانی مشخص بین راستی‌آزمایی، آن دسته از ابزارهای اندازه‌گیری شناخته می‌شوند که تأیید آن‌ها انطباق آنها با اندازه‌شناسی و اندازه‌گیری را تأیید می‌کند. الزامات فنیبه این SI. ابزارهای اندازه گیری در معرض بازرسی اولیه، دوره ای، فوق العاده، بازرسی و تایید کارشناسی قرار می گیرند. MI ها زمانی که از تولید یا تعمیر خارج می شوند و همچنین MI های دریافت شده از طریق واردات مورد تایید اولیه قرار می گیرند. راستی‌آزمایی دوره‌ای منوط به MI است که در بازه‌های زمانی معینی بین کالیبراسیون‌ها در حال بهره‌برداری یا ذخیره‌سازی است که با محاسبه حصول اطمینان از مناسب بودن استفاده از MI برای دوره بین تأییدها ایجاد می‌شود. راستی‌آزمایی بازرسی برای تعیین مناسب بودن استفاده از SI در اجرای نظارت دولتی و کنترل اندازه‌شناختی دپارتمان بر ایالت و استفاده از SI انجام می‌شود. تأیید کارشناسی در صورت اختلاف در مورد مشخصات مترولوژیکی (MX)، قابلیت سرویس دهی ابزار اندازه گیری و مناسب بودن آنها برای استفاده انجام می شود. گواهی اندازه گیری مجموعه ای از اقدامات برای مطالعه ویژگی های اندازه گیری و خواص یک ابزار اندازه گیری به منظور تصمیم گیری در مورد مناسب بودن استفاده از آن به عنوان یک نمونه است. معمولاً برای صدور گواهینامه اندازه شناسی، برنامه کاری ویژه ای تهیه می شود که مراحل اصلی آن عبارتند از: تعیین تجربی ویژگی های اندازه شناسی؛ تجزیه و تحلیل علت شکست؛ تعیین فاصله کالیبراسیون و غیره. گواهی اندازه گیری ابزار اندازه گیری که به عنوان نمونه استفاده می شود قبل از راه اندازی، پس از تعمیر و در صورت لزوم تغییر دبی دستگاه اندازه گیری نمونه انجام می شود. نتایج گواهی اندازه گیری توسط اسناد مربوطه (پروتکل ها، گواهی ها، اعلامیه های نامناسب بودن ابزار اندازه گیری) مستند می شود. ویژگی های انواع ابزار اندازه گیری مورد استفاده تعیین کننده روش های تأیید آنها است.

    در عمل آزمایشگاه های کالیبراسیون، روش های مختلفی برای کالیبراسیون ابزار اندازه گیری شناخته شده است که برای یکسان سازی، به موارد زیر کاهش می یابد:

    * مقایسه مستقیم با کمک مقایسه کننده (یعنی با کمک ابزار مقایسه).

    * روش اندازه گیری مستقیم؛

    * روش اندازه گیری غیر مستقیم؛

    * روش تأیید مستقل (یعنی تأیید ابزار اندازه گیری مقادیر نسبی، که نیازی به انتقال اندازه های واحد ندارد).

    راستی آزمایی سیستم های اندازه گیری توسط سازمان های اندازه شناسی دولتی به نام خدمات اندازه گیری دولتی انجام می شود. فعالیت های خدمات اندازه گیری دولتی با هدف حل مشکلات علمی و فنی اندازه شناسی و انجام وظایف قانونی و کنترلی لازم است، مانند: ایجاد واحدهای مقادیر فیزیکی تایید شده برای استفاده؛ ایجاد ابزارهای اندازه گیری نمونه، روش ها و ابزار اندازه گیری با بالاترین دقت؛ توسعه طرح های راستی آزمایی اتحادیه. تعریف ثابت های فیزیکی؛ توسعه تئوری اندازه گیری ها، روش های تخمین خطاها و موارد دیگر. وظایف پیش روی سرویس اندازه گیری دولتی با کمک سیستم دولتی برای اطمینان از یکنواختی اندازه گیری ها (GSI) حل می شود. سیستم دولتی برای اطمینان از یکنواختی اندازه گیری ها، مبنای قانونی برای حمایت اندازه گیری از فعالیت های علمی و عملی از نظر ارزیابی و اطمینان از دقت اندازه گیری است. مجموعه ای از اسناد هنجاری و فنی است که یک نامگذاری واحد، روش های ارائه و ارزیابی ویژگی های اندازه گیری ابزار اندازه گیری، قوانین استانداردسازی و صدور گواهینامه اندازه گیری ها، ثبت نتایج آنها، الزامات انجام آزمایشات دولتی، تأیید و بررسی ابزار اندازه گیری اسناد اصلی نظارتی و فنی سیستم دولتی برای اطمینان از یکنواختی اندازه گیری ها استانداردهای دولتی است. بر اساس این استانداردهای اساسی، اسناد هنجاری و فنی تدوین می شود که الزامات عمومی استانداردهای اساسی برای صنایع مختلف، حوزه های اندازه گیری و روش های اندازه گیری را مشخص می کند.

    1. شرایط مرجع

    1.1 توسعه و توصیف سیستم کانال های اندازه گیری برای تعیین ویژگی های استاتیکی و دینامیکی.

    1.2 مواد تحولات علمی و روش شناختی بخش ISIT

    1.3 هدف و هدف

    1.3.1 این سیستم برای تعیین اجزای ابزاری مشخصه خطاهای اندازه گیری طراحی شده است.

    1.3.2 اندازه گیری را توسعه دهید سیستم اطلاعاتبه شما امکان می دهد به طور خودکار دریافت کنید اطلاعات لازم، مجدداً کار کرده و به شکل مورد نیاز صادر کنید.

    1.4 سیستم مورد نیاز

    1.4.1 قوانین انتخاب مجتمع های ویژگی های اندازه گیری نرمال شده برای ابزارهای اندازه گیری و روش های عادی سازی آنها توسط استاندارد GOST 8.009 - 84 تعیین می شود.

    1.4.2 مجموعه ای از ویژگی های اندازه گیری نرمال شده:

    1. اندازه گیری ها و مبدل های دیجیتال به آنالوگ.

    2. دستگاه های اندازه گیری و ضبط;

    3. مبدل های اندازه گیری آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال.

    1.4.3 خطای ابزاری اولین مدل از ویژگی های اندازه گیری نرمال شده:

    جزء تصادفی؛

    خطای دینامیکی؛

    1.4.4 خطای ابزاری مدل دوم ویژگی های اندازه گیری نرمال شده:

    خطای اصلی SI بدون شکستن آن به اجزا کجاست.

    1.4.5 انطباق مدل های ویژگی های اندازه گیری نرمال شده با GOST 8.009-84 در تشکیل مجتمع های ویژگی های اندازه گیری نرمال شده.

    2. توسعه و تشریح سیستم کانال های اندازه گیری برای تعیین خصوصیات استاتیکی و دینامیکی

    2.1 توسعه اصل انتخاب و تنظیم ویژگی های استاتیکی و دینامیکی کانال های اندازه گیری ابزار اندازه گیری

    هنگام استفاده از SI، دانستن درجه مطابقت بین اطلاعات در حال اندازه گیری، موجود در سیگنال خروجی، و مقدار واقعی آن اساساً مهم است. برای این منظور، مشخصه های اندازه شناسی خاصی (MX) برای هر ابزار اندازه گیری معرفی و نرمال سازی شده است.

    مشخصه های مترولوژیکی ویژگی های ویژگی های یک ابزار اندازه گیری است که بر نتیجه اندازه گیری و خطاهای آن تأثیر می گذارد. مشخصه هایی که توسط اسناد هنجاری و فنی ایجاد می شوند نرمال شده و آنهایی که به صورت تجربی تعیین می شوند واقعی نامیده می شوند. نامگذاری MX، قوانین انتخاب مجتمع های MX نرمال شده برای ابزارهای اندازه گیری و روش های عادی سازی آنها توسط استاندارد GOST 8.009-84 "GSI. ویژگی های اندازه گیری نرمال شده ابزارهای اندازه گیری" تعیین می شود.

    ویژگی های مترولوژیکی SI اجازه می دهد:

    تعیین نتایج اندازه گیری ها و محاسبه تخمین ویژگی های جزء ابزاری خطای اندازه گیری در شرایط واقعی استفاده از SI.

    کانال های MX سیستم های اندازه گیری را محاسبه کنید که شامل تعدادی ابزار اندازه گیری با MX شناخته شده است.

    تولید کردن انتخاب بهینهابزار اندازه گیری که کیفیت مورد نیاز اندازه گیری را در شرایط شناخته شده استفاده از آنها فراهم می کند.

    SI را مقایسه کنید انواع مختلفمشروط به شرایط استفاده

    هنگام تدوین اصول انتخاب و استانداردسازی ابزار اندازه گیری، لازم است به تعدادی از مقرراتی که در زیر اشاره شده است، پایبند باشید.

    1. شرط اصلی برای امکان حل تمام مسائل فوق، وجود یک رابطه بدون ابهام بین MX نرمال شده و خطاهای ابزاری است. این ارتباط با استفاده از یک مدل ریاضی از مؤلفه ابزاری خطا ایجاد می شود که در آن MX نرمال شده باید آرگومان باشد. در عین حال، مهم است که نامگذاری MX و روش های بیان آنها بهینه باشد. تجربه کار با ابزارهای اندازه گیری مختلف نشان می دهد که توصیه می شود مجتمع MX را نرمال کنید، که از یک طرف نباید خیلی بزرگ باشد و از طرف دیگر، هر MX نرمال شده باید ویژگی های خاص ابزار اندازه گیری را منعکس کند. در صورت لزوم می توان آن را کنترل کرد.

    درجه بندی ابزارهای اندازه گیری MX باید بر اساس فرضیه های نظری یکنواخت انجام شود. این به دلیل این واقعیت است که SI ساخته شده بر اساس اصول مختلف می تواند در فرآیندهای اندازه گیری شرکت کند.

    MX نرمال شده باید به گونه ای بیان شود که بتوان از آنها برای حل معقول تقریباً هر مشکل اندازه گیری استفاده کرد و در عین حال بررسی MI برای مطابقت با این ویژگی ها بسیار ساده است.

    MX نرمال شده باید امکان ارتباط آماری، جمع مولفه های خطای اندازه گیری ابزاری را فراهم کند.

    به طور کلی، می توان آن را به عنوان مجموع (اتحاد) اجزای زیر از خطا تعریف کرد:

    0 (t)، به دلیل تفاوت بین تابع تبدیل واقعی در شرایط عادی و اسمی که توسط اسناد مربوطه به این نوع SI نسبت داده می شود. این خطا به دلیل واکنش MI به تغییر در مقادیر تأثیرگذار خارجی و پارامترهای اطلاعاتی سیگنال ورودی نسبت به مقادیر اسمی آنها، خطای اصلی نامیده می شود. این خطا اضافی نامیده می شود.

    dyn، به دلیل پاسخ SI به نرخ (فرکانس) تغییر در سیگنال ورودی. این جزء که خطای دینامیکی نامیده می شود، هم به خواص دینامیکی ابزار اندازه گیری و هم به آن بستگی دارد طیف فرکانسیسیگنال ورودی؛

    int، به دلیل تعامل MI با شی اندازه گیری یا با سایر MI که به صورت سری با آن در سیستم اندازه گیری گنجانده شده است. این خطا به ویژگی های پارامترهای مدار ورودی MI و مدار خروجی شی اندازه گیری بستگی دارد.

    بنابراین، جزء ابزاری خطای SI را می توان به صورت نمایش داد

    که در آن * نماد اتحاد آماری اجزاء است.

    دو مؤلفه اول خطای استاتیک SI و سومین مؤلفه دینامیک است. از این میان، تنها خطای اصلی توسط ویژگی های SI تعیین می شود. خطاهای اضافی و دینامیکی هم به ویژگی های خود MI و هم به دلایل دیگر (شرایط خارجی، پارامترهای سیگنال اندازه گیری و غیره) بستگی دارد.

    الزامات جهانی بودن و سادگی ارتباط آماری اجزای خطای ابزاری، استقلال آماری - عدم همبستگی آنها را ضروری می کند. با این حال، فرض استقلال این مؤلفه ها همیشه درست نیست.

    تخصیص خطای دینامیکی MI به عنوان یک جزء قابل جمع فقط در یک مورد خاص، اما بسیار معمول، مجاز است، زمانی که MI را می توان یک پیوند دینامیکی خطی در نظر گرفت و زمانی که خطا مقدار بسیار کمی در مقایسه با سیگنال خروجی است. یک پیوند دینامیکی خطی در نظر گرفته می شود که با معادلات دیفرانسیل خطی با ضرایب ثابت توصیف شود. برای MI، که اساساً پیوندهای غیر خطی هستند، جداسازی خطاهای ایستا و دینامیکی به اجزای قابل جمع جداگانه غیرقابل قبول است.

    MX نرمال شده باید نسبت به شرایط استفاده و نحوه عملکرد ابزار اندازه گیری تغییر نداشته باشد و فقط ویژگی های آن را منعکس کند.

    انتخاب MX باید به گونه ای باشد که کاربر داشته باشد
    توانایی محاسبه ویژگی های SI از آنها در شرایط عملیاتی واقعی.

    MX نرمال شده، که در اسناد هنجاری و فنی ارائه شده است، خصوصیات یک نمونه واحد از SI، بلکه کل مجموعه SI را منعکس می کند. از این نوع، یعنی اسمی هستند. یک نوع به مجموعه ای از ابزارهای اندازه گیری گفته می شود که هدف، طرح و طراحی یکسانی دارند و الزامات یکسانی را که در مشخصات فنی تنظیم شده است برآورده می کنند.

    ویژگی های مترولوژیک یک ابزار اندازه گیری فردی از یک نوع معین می تواند در محدوده مقادیر اسمی MX باشد. نتیجه این است که MX یک ابزار اندازه گیری از این نوع باید به عنوان یک فرآیند تصادفی غیر ثابت توصیف شود. در نظر گرفتن دقیق ریاضی این شرایط مستلزم عادی سازی نه تنها حدود MX به عنوان متغیرهای تصادفی، بلکه همچنین وابستگی زمانی آنها (به عنوان مثال، توابع خودهمبستگی) است. این به شدت منجر خواهد شد سیستم پیچیدهجیره بندی و عدم امکان عملی کنترل MX، زیرا در این مورد باید در فواصل زمانی کاملاً تعریف شده انجام شود. در نتیجه، یک سیستم سهمیه بندی ساده به تصویب رسید، که برای سازش منطقی بین دقت ریاضی و سادگی عملی لازم فراهم شد. در سیستم اتخاذ شده، تغییرات با فرکانس پایین در اجزای تصادفی خطا، که دوره آن متناسب با مدت زمان فاصله کالیبراسیون است، هنگام عادی سازی MX در نظر گرفته نمی شود. آنها شاخص های قابلیت اطمینان SI را تعیین می کنند، انتخاب فواصل کالیبراسیون منطقی و سایر ویژگی های مشابه را تعیین می کنند. تغییرات فرکانس بالا در اجزای تصادفی خطا، که فواصل همبستگی آن متناسب با مدت زمان فرآیند اندازه گیری است، باید با عادی سازی، به عنوان مثال، توابع خودهمبستگی آنها در نظر گرفته شود.

    2.2 توسعه مجتمع های ویژگی های اندازه گیری نرمال شده

    طیف گسترده ای از گروه های SI تنظیم مجتمع های MX خاص را برای هر یک از این گروه ها در یک غیرممکن می کند سند هنجاری. در همان زمان، تمام MI را نمی توان با یک مجموعه از MX نرمال شده مشخص کرد، حتی اگر به کلی ترین شکل ارائه شود.

    ویژگی اصلی تقسیم SI به گروه ها، مشترک بودن مجموعه MX نرمال شده است که برای تعیین اجزای ابزاری مشخصه خطاهای اندازه گیری ضروری است. در این مورد، توصیه می شود که تمام MI را به سه گروه بزرگ تقسیم کنید که با توجه به درجه عارضه MX ارائه شده است: 1) اندازه گیری ها و مبدل های دیجیتال به آنالوگ. 2) دستگاه های اندازه گیری و ضبط؛ 3) مبدل های اندازه گیری آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال.

    هنگام ایجاد مجموعه MX نرمال شده، مدل زیر از جزء ابزاری خطای اندازه گیری اتخاذ شد:

    جایی که نماد<< * >> نشان دهنده اتحاد خطای MI در شرایط واقعی استفاده از آن و مؤلفه خطا int است، به دلیل تعامل MI با شی اندازه گیری. این اتحادیه به عنوان برنامه کاربردی برای اجزای یک عملکرد خاص است که به شما امکان می دهد خطا را به دلیل عملکرد مشترک آنها محاسبه کنید. در هر مورد، عملکرد بر اساس ویژگی های یک MI خاص تعیین می شود.

    کل مجموعه MX ها را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد. در اولین مورد، مؤلفه ابزاری خطا با ترکیب آماری اجزای جداگانه آن تعیین می شود. در این حالت، فاصله اطمینانی که خطای ابزاری در آن قرار دارد با احتمال اطمینان معین کمتر از یک تعیین می شود. برای MX این گروه، مدل خطای زیر برای برنامه های کاربردی دنیای واقعی (مدل 1) اتخاذ شده است:

    جزء سیستماتیک کجاست.

    جزء تصادفی؛

    جزء تصادفی ناشی از هیسترزیس.

    ترکیب خطاهای اضافی؛

    خطای دینامیکی؛

    L تعداد خطاهای اضافی، برابر با تمام مقادیری است که به طور قابل توجهی بر خطا در شرایط واقعی تأثیر می گذارد.

    بسته به ویژگی های MI از این نوع و شرایط عملیاتی استفاده از آن، اجزای جداگانه ممکن است وجود نداشته باشند.

    مدل اول در صورتی انتخاب می شود که فرض شود گهگاه خطا از مقدار محاسبه شده از ویژگی های نرمال شده فراتر می رود. در عین حال، با استفاده از کمپلکس MX، می توان ویژگی های نقطه ای و فاصله ای را محاسبه کرد که در آن جزء ابزاری خطای اندازه گیری با هر احتمال اطمینان داده شده نزدیک به واحد، اما کمتر از آن یافت می شود.

    برای گروه دوم MX، ادغام آماری اجزای تشکیل دهنده اعمال نمی شود. این SI شامل ابزارهای آزمایشگاهی و همچنین بیشتر ابزارهای نمونه است که از مشاهدات چندگانه با میانگین‌گیری نتایج استفاده نمی‌کنند. خطای ابزاری در این مورد به عنوان مجموع حسابی بزرگترین مقادیر ممکن اجزای آن تعریف می شود. این برآورد یک فاصله اطمینان با احتمال، برابر با یک، که تخمین حد بالایی بازه خطای مورد نظر است و همه مقادیر ممکن، از جمله مقادیر بسیار نادری را که به ندرت متوجه می شوند، پوشش می دهد. این منجر به سخت‌تر شدن قابل توجه الزامات MX می‌شود که فقط می‌توان آن را برای مهم‌ترین اندازه‌گیری‌ها، به عنوان مثال، اندازه‌گیری‌های مربوط به سلامت و زندگی افراد، با احتمال عواقب فاجعه‌بار اندازه‌گیری‌های نادرست و غیره اعمال کرد.

    جمع حسابی بزرگترین مقادیر ممکن اجزای خطای ابزاری به جای گشتاورهای آماری منجر به گنجاندن در مجموعه محدودیت های نرمال شده MX خطای مجاز می شود. این همچنین برای MI هایی که بیش از سه جزء ندارند، که هر کدام توسط یک MX نرمال شده جداگانه تعیین می شود، قابل قبول است. در این حالت، تخمین های محاسبه شده خطای ابزاری به دست آمده از محاسبات با ترکیب بزرگترین مقادیر مؤلفه های آن و جمع آماری ویژگی های مؤلفه ها (با احتمال، اگرچه کمتر، اما به اندازه کافی نزدیک به وحدت)، عملاً انجام نخواهد شد. فرق داشتن. برای مورد مورد بررسی، خطاهای مدل 2 SI:

    در اینجا، خطای اصلی SI بدون شکستن آن به اجزا (بر خلاف مدل 1) است.

    3. توسعه ابزارهای اندازه گیری مترولوژیکی

    3.1 توسعه قابلیت اطمینان اندازه گیری ابزارهای اندازه گیری.

    مدل 2 فقط برای آن دسته از MI ها قابل اجرا است که در آنها مولفه تصادفی ناچیز است.

    مسائل مربوط به انتخاب MX با جزئیات کافی در GOST 8.009-84 تنظیم شده است، که ویژگی هایی را که باید برای گروه های SI فوق نرمال شوند، فهرست می کند. لیست فوق را می توان برای یک ابزار اندازه گیری خاص با در نظر گرفتن ویژگی ها و شرایط عملکرد آن تنظیم کرد. توجه به این نکته مهم است که نباید آن دسته از MXهایی را که سهم ناچیزی در خطای ابزاری نسبت به سایرین دارند، عادی کرد. تعیین مهم بودن یا نبودن یک خطای داده شده بر اساس معیارهای اهمیت مندرج در GOST 8.009-84 انجام می شود.

    در حین کار، مشخصات مترولوژیکی و پارامترهای ابزار اندازه گیری دستخوش تغییر می شود. این تغییرات ماهیت تصادفی یکنواخت یا نوسانی دارند و منجر به شکست می شوند، یعنی. به ناتوانی SI در انجام وظایف خود. خرابی ها به دو دسته غیر مترولوژیکی و اندازه شناسی تقسیم می شوند.

    خرابی غیر مترولوژیکی، خرابی به دلایلی است که به تغییر در MX ابزار اندازه گیری مربوط نمی شود. آنها عمدتاً صریح هستند، به طور ناگهانی ظاهر می شوند و بدون تأیید قابل شناسایی هستند.

    مترولوژیک به خرابی ناشی از خروجی MX از حدود مجاز تعیین شده گفته می شود. مطالعات نشان می دهد که خرابی های مترولوژیکی بسیار بیشتر از موارد غیر مترولوژیکی رخ می دهد. این امر مستلزم توسعه روش های ویژه برای پیش بینی و تشخیص آنها است. خرابی های مترولوژیکی به دو دسته ناگهانی و تدریجی تقسیم می شوند.

    خرابی ناگهانی شکستی است که با تغییر ناگهانی در یک یا چند MX مشخص می شود. این شکست ها، به دلیل تصادفی بودن، قابل پیش بینی نیستند. عواقب آنها (شکست خواندن، از دست دادن حساسیت و غیره) به راحتی در حین کار دستگاه شناسایی می شود، یعنی. به دلیل ماهیت تجلی آنها آشکار است. یکی از ویژگی های شکست های ناگهانی پایداری شدت آنها در طول زمان است. این امر امکان اعمال نظریه کلاسیک قابلیت اطمینان را برای تحلیل این شکست ها ممکن می سازد. به همین دلیل، این گونه امتناع ها بیشتر بررسی نمی شود.

    خرابی تدریجی شکستی است که با تغییر یکنواخت در یک یا چند MX مشخص می شود. از نظر ماهیت تظاهرات، خرابی های تدریجی پنهان هستند و فقط با نتایج نظارت دوره ای SI قابل تشخیص هستند. چنین شکست هایی در زیر در نظر گرفته شده است.

    مفهوم قابلیت سرویس دهی اندازه گیری یک ابزار اندازه گیری ارتباط نزدیکی با مفهوم "شکست اندازه گیری" دارد. این به عنوان وضعیت MI درک می شود که در آن همه MX نرمال شده الزامات تعیین شده را برآورده می کنند. توانایی SI برای نگه داشتن مقادیر را تنظیم کنیدمشخصات اندازه‌شناختی برای یک زمان معین در حالت‌ها و شرایط عملیاتی معین، قابلیت اطمینان اندازه‌شناختی نامیده می‌شود. ویژگی مشکل قابلیت اطمینان اندازه‌شناختی در این واقعیت نهفته است که ارائه اصلی نظریه کلاسیک قابلیت اطمینان در مورد ثبات در زمان نرخ شکست غیرقانونی است. تئوری مدرن قابلیت اطمینان بر محصولاتی متمرکز شده است که دارای دو حالت مشخصه هستند: قابل اجرا و غیرقابل اجرا. تغییر تدریجی در خطای SI به شما این امکان را می دهد که به طور دلخواه بسیاری از حالت های قابل اجرا را وارد کنید سطوح مختلفبازده عملکرد، با درجه تقریب خطا به مقادیر مرزی مجاز تعیین می شود.

    مفهوم شکست مترولوژیک تا حدی مشروط است، زیرا توسط تحمل MX تعیین می شود، که در حالت کلی می تواند بسته به شرایط خاص متفاوت باشد. همچنین مهم است که تعیین زمان دقیق شروع یک شکست اندازه‌شناسی به دلیل ماهیت نهفته تجلی آن غیرممکن است، در حالی که خرابی‌های آشکاری که نظریه کلاسیک قابلیت اطمینان با آن عمل می‌کند، در زمان وقوع آنها قابل تشخیص است. وقوع همه اینها مستلزم توسعه روش های خاصی برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان اندازه گیری ابزارهای اندازه گیری بود.

    قابلیت اطمینان یک MI رفتار آن را در طول زمان مشخص می کند و یک مفهوم کلی است که شامل پایداری، عملیات بدون خرابی، دوام، قابلیت نگهداری (برای MI قابل بازیافت) و پایداری است.

    ثبات SI است ویژگی کیفی، منعکس کننده عدم تغییر در زمان MX آن است. با وابستگی های زمانی پارامترهای قانون توزیع خطا توصیف می شود. قابلیت اطمینان و پایداری اندازه‌شناختی ویژگی‌های متفاوت یک فرآیند پیری SI هستند. پایداری اطلاعات بیشتری در مورد ثبات خواص مترولوژیکی ابزار اندازه گیری دارد. مانند خاصیت «داخلی» آن است. برعکس، قابلیت اطمینان یک ویژگی "خارجی" است، زیرا هم به پایداری و هم به دقت اندازه گیری ها و مقادیر تلورانس های مورد استفاده بستگی دارد.

    قابلیت اطمینان ویژگی SI برای حفظ مداوم حالت کار برای مدتی است. با دو حالت مشخص می شود: قابل اجرا و غیرقابل اجرا. با این حال، برای سیستم های اندازه گیری پیچیده، ممکن است وجود داشته باشد بیشتراز آنجایی که هر شکستی منجر به توقف کامل عملکرد آنها نمی شود. شکست یک رویداد تصادفی مرتبط با نقض یا خاتمه MI است. این باعث تصادفی بودن شاخص های قابلیت اطمینان می شود که اصلی ترین آنها توزیع زمان است زمان کار SI

    دوام ویژگی MI برای حفظ حالت کار خود تا رسیدن به حالت حد است. حالت سالم، حالتی از SI است که در آن تمام MX آن با مقادیر نرمال شده مطابقت دارد. حالت محدود کننده حالت SI است که در آن استفاده از آن غیرقابل قبول است.

    پس از یک شکست مترولوژیکی، ویژگی های MI را می توان با تنظیمات مناسب به محدوده های قابل قبول بازگرداند. فرآیند تنظیم بسته به ماهیت خرابی مترولوژیکی، طراحی MI و تعدادی از دلایل دیگر می تواند کم و بیش طولانی باشد. بنابراین، مفهوم "قابلیت نگهداری" به ویژگی قابلیت اطمینان وارد می شود. قابلیت نگهداری یکی از ویژگی های SI است که شامل سازگاری با پیشگیری و تشخیص علل خرابی ها، بازیابی و نگهداری شرایط کاری آن از طریق تعمیر و نگهداری است. مشخصه آن زمان و هزینه ای است که برای بازیابی MI پس از خرابی اندازه گیری و حفظ آن در شرایط کار صرف می شود.

    همانطور که در زیر نشان داده خواهد شد، فرآیند تغییر MX بدون توجه به اینکه آیا SI در یک انبار استفاده می شود یا ذخیره می شود، پیوسته است. خاصیت یک ابزار اندازه گیری برای حفظ مقادیر شاخص های قابلیت اطمینان، دوام و قابلیت نگهداری در حین و پس از ذخیره سازی و حمل و نقل، پایداری آن نامیده می شود.

    3.2 تغییر مشخصات اندازه شناسی وسایل

    اندازه گیری در حین کار

    ویژگی های مترولوژیکی ابزار اندازه گیری ممکن است در حین کار تغییر کند. در ادامه در مورد تغییرات خطای (t) صحبت خواهیم کرد، به این معنی که هر MX دیگری را می توان به جای آن به روشی مشابه در نظر گرفت.

    لازم به ذکر است که همه اجزای خطا در طول زمان در معرض تغییر نیستند. به عنوان مثال، خطاهای روش شناختی تنها به تکنیک اندازه گیری مورد استفاده بستگی دارد. در بین خطاهای ابزاری، مولفه های زیادی وجود دارد که عملاً در معرض پیری نیستند، به عنوان مثال، اندازه کوانتومی در دستگاه های دیجیتال و خطای کوانتیزاسیون تعیین شده توسط آن.

    تغییر MX ابزار اندازه گیری در طول زمان به دلیل فرآیندهای پیری در گره ها و عناصر آن ناشی از تعامل با محیط خارجی است. این فرآیندها عمدتاً در سطح مولکولی انجام می شوند و به اینکه آیا SI در حال کار است یا در حالت حفاظت ذخیره می شود، بستگی ندارد. در نتیجه، عامل اصلی تعیین کننده پیری SI زمان تقویمی است که از زمان ساخت آنها گذشته است، یعنی. سن. سرعت پیری در درجه اول به مواد و فناوری های مورد استفاده بستگی دارد. مطالعات نشان داده اند که فرآیندهای برگشت ناپذیری که خطا را تغییر می دهند بسیار کند پیش می روند و در بیشتر موارد رفع این تغییرات در طول آزمایش غیرممکن است. در این راستا مختلف روش های ریاضی، که بر اساس آن مدل های تغییر خطا ساخته شده و خرابی های اندازه گیری پیش بینی می شود.

    مشکلی که باید در تعیین قابلیت اطمینان اندازه‌شناختی SI حل شود، یافتن تغییرات اولیه در MX و ساخت یک مدل ریاضی است که نتایج به‌دست‌آمده را در یک بازه زمانی طولانی برون‌یابی می‌کند. از آنجایی که تغییر در MX در طول زمان یک فرآیند تصادفی است، ابزار اصلی برای ساخت است مدل های ریاضینظریه فرآیندهای تصادفی است.

    تغییر در خطای SI در زمان یک فرآیند تصادفی غیر ثابت است. بسیاری از پیاده سازی های آن در شکل 1 به شکل منحنی های مدول خطا نشان داده شده است. در هر لحظه t i آنها با قانون توزیع خاصی از چگالی احتمال p(, t i) مشخص می شوند (منحنی های 1 و 2 در شکل 2a). در مرکز نوار (منحنی cp(t)) بیشترین چگالی خطا مشاهده می شود که به تدریج به سمت مرزهای نوار کاهش می یابد و از نظر تئوری در فاصله بی نهایت از مرکز به صفر میل می کند. مرزهای بالایی و پایینی باند خطای SI را فقط می توان به عنوان برخی از مرزهای چندک نشان داد، که در داخل آنها اکثر خطاهای تحقق یافته با احتمال اطمینان P قرار دارند. خارج از مرزها با احتمال (1 - P) / 2 خطاهای دورتر وجود دارد. از مرکز تحقق ها

    برای اعمال شرح کمی از مرزهای باند خطا در هر یک از بخش‌های آن t i، لازم است تخمین‌های cp انتظارات ریاضی (t i) و RMS پیاده‌سازی‌های فردی را بدانیم. مقدار خطا در مرزهای هر بخش t i برابر است

    r (t i) = cp (t) ± k(t i)،

    که در آن k یک ضریب کمی مربوط به یک احتمال اطمینان معین P است که مقدار آن به طور قابل توجهی به شکل قانون توزیع خطاها در بخش ها بستگی دارد. تعیین شکل این قانون در مطالعه فرآیندهای پیری SI تقریبا غیرممکن است. این به دلیل این واقعیت است که قوانین توزیع می توانند در طول زمان دستخوش تغییرات قابل توجهی شوند.

    شکست مترولوژیکی زمانی اتفاق می‌افتد که منحنی خطوط مستقیم ± pr را قطع کند. خرابی‌ها می‌توانند در زمان‌های مختلف در محدوده tmin تا t max رخ دهند (شکل 2، a را ببینید)، و این نقاط نقاط تقاطع 5٪ - و 95 هستند. درصد چندک با خط تحمل. هنگامی که منحنی (t) به حد مجاز می رسد، 5 درصد از دستگاه ها دچار خرابی مترولوژیکی می شوند. توزیع لحظه های وقوع چنین خرابی هایی با چگالی احتمال pH (t) نشان داده شده در شکل 2b مشخص می شود. بنابراین، به عنوان یک مدل از یک فرآیند تصادفی غیر ثابت تغییر در زمان ماژول خطای SI، توصیه می‌شود از وابستگی تغییر در زمان چندک 95 درصدی این فرآیند استفاده شود.

    شاخص‌های دقت، قابلیت اطمینان اندازه‌شناختی و پایداری SI مربوط به عملکردهای مختلفی است که بر روی مسیرهای تغییر MX (t) آن ساخته شده‌اند. دقت SI با مقدار MX در لحظه در نظر گرفته شده از زمان مشخص می شود و با مجموعه ابزارهای اندازه گیری - با توزیع این مقادیر که با منحنی 1 برای لحظه اولیه و منحنی 2 برای لحظه t i نشان داده می شود. قابلیت اطمینان اندازه‌شناسی با توزیع نقاط زمانی برای شروع خرابی‌های اندازه‌شناختی مشخص می‌شود (شکل 2b را ببینید). ثبات SI با توزیع افزایش های MX در یک زمان معین مشخص می شود.

    3.3 توسعه مدل های استانداردسازی اندازه شناسی

    مشخصات

    سیستم نرمال سازی MX بر اساس اصل کفایت تخمین خطای اندازه گیری و مقدار واقعی آن است، مشروط بر اینکه برآورد واقعی یافت شده تخمینی "از بالا" باشد. آخرین شرط با این واقعیت توضیح داده می شود که تخمین "از پایین" همیشه خطرناک تر است، زیرا منجر به آسیب بیشتر از غیرقابل اطمینان بودن اطلاعات اندازه گیری می شود.

    این رویکرد کاملاً قابل درک است، با در نظر گرفتن اینکه عادی سازی دقیق MX به دلیل عوامل تأثیرگذار زیادی که در نظر گرفته نشده اند (به دلیل ناآگاهی آنها و نبود ابزاری برای شناسایی آنها) غیرممکن است. بنابراین، جیره بندی تا حدی یک عمل اراده است که بین میل مصالحه حاصل شود توضیحات کاملویژگی های اندازه گیری و امکان انجام این کار در شرایط واقعی تحت محدودیت های تجربی و نظری شناخته شده و الزامات سادگی و وضوح روش های مهندسی. به عبارت دیگر، روش های پیچیده برای توصیف و عادی سازی MX قابل اجرا نیستند.

    مصرف کننده اطلاعات مربوط به MX معمولی را از NTD در SI دریافت می کند و فقط در موارد بسیار نادر، موارد استثناییبه طور مستقل یک مطالعه تجربی از ویژگی های فردی SI انجام می دهد. بنابراین، دانستن رابطه بین MX SI و خطاهای اندازه گیری ابزاری بسیار مهم است. این به دانستن یک MX SI پیچیده اجازه می‌دهد تا مستقیماً خطای اندازه‌گیری را بیابد و یکی از زمان‌برترین و پیچیده‌ترین کارهای جمع‌آوری اجزای کل خطای اندازه‌گیری را حذف کند. با این حال، این با یک شرایط دیگر مانع می شود - تفاوت بین MX یک SI خاص و ویژگی های مترولوژیکی مجموعه همین SI. به عنوان مثال، خطای سیستماتیک یک SI داده شده یک مقدار قطعی است و برای مجموعه ای از SI یک مقدار تصادفی است. مجتمع NMX باید بر اساس الزامات نصب شود شرایط واقعیعملکرد SI خاص بر این اساس، توصیه می شود تمام SI را به دو دسته عملکردی تقسیم کنید. برای گروه اول و سوم MI، ویژگی های تعامل با دستگاه های متصل به ورودی و خروجی MI، و پارامترهای غیر اطلاعاتی سیگنال خروجی، باید نرمال شود. علاوه بر این، برای گروه سوم، تابع تبدیل اسمی f nom (x) باید نرمال شود (در SI گروه دوم با یک مقیاس یا دیگر دستگاه خواندن درجه بندی شده جایگزین می شود) و ویژگی های دینامیکی کامل. ویژگی های مشخص شده برای MI گروه دوم منطقی نیست، به استثنای دستگاه های ضبط، که برای آنها توصیه می شود ویژگی های دینامیکی کامل یا جزئی را عادی کنید.

    رایج ترین اشکال نوشتن کلاس دقت CSI عبارتند از:

    که در آن c و d طبق فرمول (3.6) ضرایب ثابت هستند. x k - مقدار نهایی محدوده اندازه گیری؛ x - مقدار فعلی؛

    جایی که b=d; a = c-b;

    3) یک نماد نمادین معمولی برای CCA های خارجی،

    op = ±،

    GOST 8.009 - 84 بر اساس ترکیب آماری این خطاها، دو مدل اصلی (Ml و MP) را برای تشکیل مجتمع های NMX ارائه می دهد که مربوط به دو مدل برای وقوع خطای SI است.

    این مدل برای SI قابل استفاده است که مولفه تصادفی خطای آن را می توان نادیده گرفت. این مدل شامل محاسبه بزرگترین مقادیر ممکن مولفه های خطای MI برای تضمین احتمال P=1 جلوگیری از فراتر رفتن خطای MI از محدوده های محاسبه شده است. مدل II برای مهم ترین اندازه گیری های مربوط به عوامل فنی و اقتصادی، پیامدهای فاجعه بار احتمالی، تهدیدات سلامت انسان و غیره استفاده می شود. هنگامی که تعداد مؤلفه‌ها بیش از سه باشد، این مدل خطای اصلی SI را تخمینی نادرتر (به دلیل گنجاندن مؤلفه‌های کمیاب) ارائه می‌کند.

    مدل 1 یک تخمین منطقی از خطای اصلی SI با احتمال Р می دهد<1 из-за пренебрежения редко реализующимися составляющими погрешности.

    بنابراین، کمپلکس NMH برای مدل‌های خطای I و II با در نظر گرفتن اهمیت آنها، یک اتحاد آماری از اجزای خطای فردی را فراهم می‌کند.

    با این حال، برای برخی از SI ها، چنین اتحادیه آماری نامناسب است. اینها SI صنعتی آزمایشگاهی دقیق (در فرآیندهای فناوری) هستند که فرآیندهای آهسته در حال تغییر را در شرایط نزدیک به SI نمونه معمولی اندازه‌گیری می‌کنند که از مشاهدات چندگانه با میانگین‌گیری استفاده نمی‌کنند. برای ابزار (مدل III) در چنین دستگاه هایی می توان خطای اصلی آنها یا مجموع حسابی بزرگترین مقادیر ممکن اجزای خطای منفرد را گرفت.

    جمع بندی حسابی بزرگترین مقادیر مولفه های خطا در صورتی امکان پذیر است که تعداد این مولفه ها از سه عدد بیشتر نباشد. در این حالت، برآورد کل خطای ابزاری عملاً با جمع آماری تفاوتی نخواهد داشت.

    4. طبقه بندی سیگنال ها

    سیگنال حامل مادی اطلاعات است که فرآیند فیزیکی خاصی است که یکی از پارامترهای آن از نظر عملکردی با کمیت فیزیکی اندازه گیری شده مرتبط است. این پارامتر اطلاعاتی نامیده می شود.

    سیگنال اندازه گیری سیگنالی است که حاوی اطلاعات کمی در مورد کمیت فیزیکی اندازه گیری شده است. مفاهیم اساسی، اصطلاحات و تعاریف در زمینه سیگنال های اندازه گیری توسط GOST 16465 70 "سیگنال های مهندسی رادیو. اصطلاحات و تعاریف" ایجاد شده است. سیگنال های اندازه گیری بسیار متنوع هستند. طبقه بندی آنها بر اساس ویژگی های مختلف در شکل 3 نشان داده شده است.

    با توجه به ماهیت اندازه گیری پارامترهای اطلاعاتی و زمانی، سیگنال های اندازه گیری به آنالوگ، گسسته و دیجیتال تقسیم می شوند.

    سیگنال آنالوگ سیگنالی است که توسط یک تابع پیوسته یا تکه ای پیوسته Y a (t) توصیف می شود، و هم خود این تابع و هم آرگومان آن t می توانند هر مقداری را در بازه های زمانی مشخص Y بگیرند.<=(Y min ; Y max) и t6(t mjn ; t max)

    سیگنال گسسته سیگنالی است که به طور گسسته در زمان یا سطح تغییر می کند. در حالت اول، می تواند در زمان های گسسته nT دریافت کند، که در آن T = const بازه نمونه برداری (دوره)، n = 0 است. 1 2;. عدد صحیح، هر مقدار Y JI (nT)e (Y min ؛ Y max)، که نمونه یا قرائت نامیده می شود. چنین سیگنال هایی با توابع شبکه توصیف می شوند. در مورد دوم، مقادیر سیگنال Y a (t) در هر زمان وجود دارد te(t niin ; t max)، اما آنها می توانند محدوده محدودی از مقادیر h را بگیرند. =nq، مضرب کوانتوم q.

    سیگنال‌های دیجیتال - سیگنال‌های کوانتیزه‌شده در سطح و سیگنال‌های گسسته در زمان Yu (nT)، که با توابع شبکه کوانتیزه شده (توالی‌های کوانتیزه‌شده) توصیف می‌شوند که در زمان‌های گسسته nT فقط یک سری محدود از مقادیر گسسته سطوح کوانتیزه‌سازی h 1 را می‌گیرند. h 2,., h n

    با توجه به ماهیت تغییر در زمان، سیگنال ها به ثابت هایی تقسیم می شوند که مقادیر آنها در طول زمان تغییر نمی کند و متغیرهایی که مقادیر آنها در طول زمان تغییر می کند. سیگنال های DC ساده ترین نوع سیگنال های اندازه گیری هستند.

    سیگنال های متغیر می توانند از نظر زمان پیوسته و پالسی باشند. سیگنال پیوسته سیگنالی است که پارامترهای آن به طور مداوم تغییر می کند. سیگنال ضربه ای سیگنالی با انرژی محدود است که به طور قابل توجهی متفاوت از صفر برای یک بازه زمانی محدود، متناسب با زمان تکمیل فرآیند گذرا در سیستمی است که این سیگنال برای آن عمل می کند.

    با توجه به درجه در دسترس بودن اطلاعات پیشینی، سیگنال های اندازه گیری متغیر به قطعی، شبه قطعی و تصادفی تقسیم می شوند. سیگنال قطعی سیگنالی است که قانون تغییر آن شناخته شده است و مدل دارای پارامترهای ناشناخته نیست. مقادیر لحظه ای یک سیگنال قطعی در هر زمان مشخص است. قطعی (با درجه ای از دقت مشخص) سیگنال هایی در خروجی اندازه گیری ها هستند. به عنوان مثال، سیگنال خروجی یک ژنراتور موج سینوسی با فرکانس پایین با مقادیر دامنه و فرکانس مشخص می شود که روی کنترل های آن تنظیم شده است. خطاهای تنظیم این پارامترها توسط ویژگی های مترولوژیکی ژنراتور تعیین می شود.

    سیگنال‌های شبه قطعی، سیگنال‌هایی هستند که ماهیت تغییر در زمان تا حدی مشخص دارند، یعنی. با یک یا چند پارامتر ناشناخته آنها از نظر اندازه شناسی بسیار جالب هستند. اکثریت قریب به اتفاق سیگنال های اندازه گیری شبه قطعی هستند.

    سیگنال های قطعی و شبه قطعی به ابتدایی تقسیم می شوند که با ساده ترین فرمول های ریاضی توصیف می شوند و آنهایی که پیچیده هستند. سیگنال های ابتدایی شامل سیگنال های ثابت و هارمونیک و همچنین سیگنال هایی هستند که توسط توابع واحد و دلتا توصیف می شوند.

    سیگنال ها می توانند دوره ای یا غیر تناوبی باشند. سیگنال های غیر تناوبی به تقریباً دوره ای و گذرا تقسیم می شوند. یک سیگنال تقریباً دوره ای است اگر مقادیر آن تقریباً تکرار شود وقتی که یک عدد تقریباً دوره انتخاب شده به آرگومان زمانی اضافه شود. سیگنال دوره ای یک مورد خاص از چنین سیگنال هایی است. توابع تقریبا تناوبی با افزودن توابع تناوبی با دوره های غیرقابل قیاس به دست می آیند، برای مثال Y(t) sin(cot) - sin(V2(0t). سیگنال های گذرا فرآیندهای گذرا را در سیستم های فیزیکی توصیف می کنند.

    یک سیگنال دوره ای نامیده می شود که مقادیر لحظه ای آن در یک بازه زمانی ثابت تکرار می شود. دوره T سیگنال یک پارامتر برابر با کوچکترین بازه زمانی است. فرکانس f یک سیگنال تناوبی، متقابل دوره است.

    یک سیگنال دوره ای با یک طیف مشخص می شود. سه نوع طیف وجود دارد:

    * تابع پیچیده یک آرگومان گسسته، مضربی از یک عدد صحیح از مقادیر فرکانس f یک سیگنال تناوبی Y(t)

    * دامنه - تابعی از یک آرگومان گسسته، که مدول طیف پیچیده یک سیگنال تناوبی است.

    * فاز - تابعی از آرگومان گسسته، که آرگومان طیف پیچیده یک سیگنال تناوبی است.

    سیستم اندازه گیری، طبق تعریف، برای درک، پردازش و ذخیره اطلاعات اندازه گیری در حالت کلی مقادیر فیزیکی ناهمگن از طریق کانال های اندازه گیری مختلف (MC) در نظر گرفته شده است. بنابراین، محاسبه خطای سیستم اندازه گیری به تخمین خطاهای کانال های جداگانه آن کاهش می یابد.

    خطای نسبی حاصل از IR برابر خواهد بود

    که در آن x مقدار فعلی مقدار اندازه گیری شده است.

    x P - حد محدوده اندازه گیری کانال داده شده، که در آن خطای نسبی حداقل است.

    خطاهای نسبی به ترتیب در ابتدا و انتهای محدوده محاسبه می شوند.

    IR - زنجیره ای از پیوندهای مختلف درک، تبدیل و ثبت

    5. توسعه کانال

    5.1 توسعه مدل کانال

    در کانال‌های انتقال داده واقعی، سیگنال تحت تأثیر تداخل پیچیده قرار می‌گیرد و تقریباً غیرممکن است که توصیفی ریاضی از سیگنال دریافتی ارائه شود. بنابراین، هنگام مطالعه انتقال سیگنال از طریق کانال ها، از مدل های ایده آل این کانال ها استفاده می شود. مدل کانال انتقال داده به عنوان توصیفی از یک کانال درک می شود که به فرد امکان می دهد ویژگی های آن را محاسبه یا ارزیابی کند، بر اساس آن می توان روش های مختلف ساخت یک سیستم ارتباطی را بدون داده های تجربی مستقیم بررسی کرد.

    مدل کانال پیوسته به اصطلاح کانال گاوسی است. نویز موجود در آن افزایشی است و یک فرآیند طبیعی ارگودیک با انتظارات ریاضی صفر است. کانال گاوسی تنها کانال را با نویز نوسان به خوبی منعکس می کند. با تداخل ضربی، یک مدل کانال با توزیع ریلی استفاده می شود. برای نویز ضربه ای از کانالی با توزیع هایپربولیک استفاده می شود.

    مدل کانال گسسته با مدل های منابع خطا منطبق است.

    تعدادی مدل ریاضی برای توزیع خطاها در کانال های ارتباطی واقعی مانند هیلبرت، مرتز، مالدنبروت و دیگران ارائه شده است.

    5.2 توسعه مدل کانال اندازه گیری

    پیش از این، ابزارهای اندازه گیری عمدتاً به شکل ابزارهای جداگانه طراحی و ساخته می شدند که برای اندازه گیری یک یا چند کمیت فیزیکی طراحی شده بودند. در حال حاضر آزمایش های علمی، اتوماسیون فرآیندهای تولید پیچیده، کنترل و تشخیص بدون استفاده از سیستم های اطلاعات اندازه گیری (IMS) با اهداف مختلف غیرقابل تصور است که امکان به دست آوردن خودکار اطلاعات لازم را مستقیماً از شی مورد مطالعه، فرآیند فراهم می کند. آن را به شکل مورد نیاز صادر کنید. سیستم های اندازه گیری تخصصی تقریباً برای تمام حوزه های علم و فناوری در حال توسعه هستند.

    هنگام طراحی یک IMS با توجه به مشخصات فنی و عملیاتی داده شده، مشکلی در رابطه با انتخاب یک ساختار منطقی و مجموعه ای از ابزارهای فنی برای ساخت آن ایجاد می شود. ساختار IIS عمدتاً با روش اندازه گیری زیربنای آن و تعداد و نوع ابزارهای فنی توسط فرآیند اطلاعاتی که در سیستم انجام می شود تعیین می شود. ارزیابی ماهیت فرآیند اطلاعات و انواع تبدیل اطلاعات را می توان بر اساس تجزیه و تحلیل مدل اطلاعات IIS انجام داد، اما ساخت آن یک فرآیند نسبتاً پر زحمت است و خود مدل آنقدر پیچیده است که آن را دشوار می کند. برای حل مشکل.

    با توجه به اینکه در IMS نسل سوم پردازش اطلاعات عمدتاً توسط کامپیوترهای یونیورسال که جزء ساختاری IMS هستند انجام می شود و هنگام طراحی IMS از بین تعداد محدودی کامپیوتر سریال انتخاب می شوند. مدل اطلاعاتی IMS را می توان با کاهش آن به یک مدل کانال اندازه گیری (MC) ساده کرد. همه کانال‌های اندازه‌گیری IIS که شامل عناصر فرآیندهای اطلاعاتی، از دریافت اطلاعات از موضوع مطالعه یا کنترل گرفته تا نمایش یا پردازش و ذخیره‌سازی آن است، شامل تعداد محدودی از انواع هستند.

    تحول اطلاعات با ترکیب انواع تبدیل اطلاعات در یک کانال اندازه گیری و انتخاب آخرین مورد از ترکیب IMS و همچنین با در نظر گرفتن این که سیگنال های آنالوگ همیشه در ورودی سیستم اندازه گیری عمل می کنند، دو مدل کانال اندازه گیری با مستقیم ( شکل 4a) و معکوس (شکل 4b)) تبدیل اطلاعات اندازه گیری.

    در مدل ها، در گره های 0 - 4، اطلاعات تبدیل می شود. فلش ها جهت جریان اطلاعات را نشان می دهند و حروف آنها نوع تبدیل را نشان می دهد.

    گره 0 خروجی شی مورد مطالعه یا کنترل است که بر روی آن اطلاعات آنالوگ A تشکیل می شود که وضعیت شی را تعیین می کند. اطلاعات A وارد گره 1 می شود، جایی که برای تغییرات بیشتر در سیستم به شکل A n تبدیل می شود. گره 1 می تواند یک حامل داده غیر الکتریکی را به یک حامل الکتریکی تبدیل کند، تقویت کند، مقیاس کند، خطی کند، و غیره، یعنی پارامترهای حامل داده A را نرمال کند.

    در گره 2، حامل اطلاعات نرمال شده An برای انتقال از طریق خط ارتباطی مدوله شده و به شکل یک آنالوگ An یا یک سیگنال Dm گسسته ارائه می شود.

    اطلاعات آنالوگ A n در گره 3 دمودوله می شود و به گره 4 تغذیه می شود، جایی که اندازه گیری و نمایش داده می شود.

    شکل 4 مدل کانال اندازه گیری تبدیل مستقیم (a) و معکوس (b) اطلاعات اندازه گیری

    اطلاعات گسسته در گره Z 1 یا به اطلاعات آنالوگ A n تبدیل می شود و وارد گره 4 1 می شود یا پس از تبدیل دیجیتالی، ابزار نمایش اطلاعات دیجیتال یا وسیله ای برای پردازش آن وارد می شود.

    در برخی از آی سی ها، حامل اطلاعات عادی A از گره 1 بلافاصله وارد گره 4 1 برای اندازه گیری و نمایش می شود. در سایر آی سی ها، اطلاعات آنالوگ A بدون عملیات عادی سازی بلافاصله وارد گره 2 می شود، جایی که گسسته می شود.

    بنابراین، مدل اطلاعاتی (شکل 4a) دارای شش شاخه است که از طریق آنها جریان های اطلاعاتی منتقل می شود: آنالوگ 0-1-2-3 1 -4 1 و 0-1-4 1 و آنالوگ-گسسته 0-1-2-3. 2 -4 1، 0-1-2-3 2 -4 2 و 0-2-3 2 -4 1، 0-2-3 2 -4 2. شاخه 0-l-4 1 در ساخت کانال های اندازه گیری IMS استفاده نمی شود، اما فقط در ابزارهای اندازه گیری مستقل استفاده می شود و بنابراین در شکل 4a نشان داده نشده است.

    مدل نشان داده شده در شکل 4 b با مدل شکل 4a فقط در حضور شاخه های Z 2 -1 "-0، 3 1 -1"-0، 3 2 -1 "-1 و 3 1 -1 متفاوت است. "- 1، که از طریق آن انتقال معکوس * حامل اطلاعات آنالوگ A n" انجام می شود. در گره 1، حامل خروجی اطلاعات گسسته A l "به یک همگن با حامل اطلاعات ورودی A یا حامل اطلاعات تبدیل می شود. اطلاعات عادی A n سیگنال A". جبران خسارت می تواند هم برای A و هم برای A n انجام شود.

    تجزیه و تحلیل مدل‌های اطلاعاتی کانال‌های اندازه‌گیری IMS نشان داد که هنگام ساخت آنها بر اساس روش تبدیل مستقیم، تنها پنج نوع ساختار امکان‌پذیر است و در هنگام استفاده از روش‌های اندازه‌گیری با تبدیل اطلاعات معکوس (تعادلی)، 20.

    در اکثر موارد (به ویژه هنگام ساخت یک IMS برای اشیاء دور)، مدل اطلاعات تعمیم یافته IC IMS شکل نشان داده شده در شکل 4a را دارد، شاخه های آنالوگ-گسسته 0-1-2-3 2 -4 2 و 0- 2-3 2 بیشترین استفاده را دارند -4 2 . همانطور که مشاهده می شود، برای این شاخه ها، تعداد سطوح تبدیل اطلاعات به IC از سه سطح بیشتر نمی شود.

    از آنجایی که گره ها حاوی ابزارهای فنی هستند که اطلاعات را تبدیل می کنند، بنابراین، با توجه به تعداد محدود سطوح تبدیل، می توان آنها را در سه گروه ترکیب کرد. این اجازه می دهد تا هنگام توسعه IC IIS، ابزار فنی لازم برای اجرای یک ساختار خاص را انتخاب کنید. گروه ابزارهای فنی گره 1 شامل کل مجموعه مبدل های اندازه گیری اولیه، و همچنین مبدل های اندازه گیری یکپارچه (نرمال کننده) (UTC) است که مقیاس، خطی سازی، تبدیل توان و غیره را انجام می دهند. بلوک های تشکیل آزمون و اقدامات نمونه.

    در گره 2، در صورت وجود شاخه های آنالوگ-گسسته، گروه دیگری از ابزارهای اندازه گیری وجود دارد: مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC)، سوئیچ ها (CM)، که برای اتصال منبع اطلاعات مربوطه به آی سی یا دستگاه پردازش، و همچنین کانال های ارتباطی (CS).

    گروه سوم (گره 3) مبدل های کد (PC)، مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) و خطوط تاخیر (DL) را ترکیب می کند.

    ساختار داده شده IC، که روش اندازه گیری مستقیم را اجرا می کند، بدون عنصر سوئیچینگ و اتصالات ADC که عملکرد را کنترل می کنند نشان داده شده است. معمولی است و بیشتر IMS های چند کاناله، به ویژه IMS های دوربرد، بر اساس آن ساخته می شوند.

    روش‌های محاسبه IC برای مدل‌های مختلف اطلاعاتی که در بالا مورد بحث قرار گرفت، جالب توجه است. محاسبه دقیق ریاضی غیرممکن است، اما با استفاده از روش‌های ساده‌شده برای تعیین اجزای خطای حاصل، پارامترها و قوانین توزیع، تعیین مقدار احتمال اطمینان و در نظر گرفتن همبستگی‌های بین آنها، می‌توان جمع‌آوری و محاسبه کرد. یک مدل ریاضی ساده شده از یک کانال اندازه گیری واقعی نمونه هایی از محاسبه خطای کانال ها با ضبط کننده های آنالوگ و دیجیتال در آثار P.V. Novitsky در نظر گرفته شده است.

    ادبیات

    1. V. M. Pestrikov برق خانه و نه تنها ... اد. نیت. - ویرایش 4

    2. A.G. سرگیف، V.V. کروخین. مترولوژی، uch. کمک هزینه، مسکو، آرم ها، 2000

    3. Goryacheva G. A., Dobromyslov E. R. Capacitors: A Handbook. - م.: رادیو و ارتباطات، 1363

    4. Rannev G. G. روش ها و ابزار اندازه گیری: M.: مرکز انتشارات "آکادمی"، 2003

    5. http//www.biolock.ru

    6. کلاشینکف V. I.، Nefedov S. V.، Putilin A. B. تجهیزات اندازه گیری اطلاعات و فناوری: کتاب درسی. برای دانشگاه ها - م.: بالاتر. مدرسه، 2002

    اسناد مشابه

      شرح اصل عملکرد سنسور آنالوگ و انتخاب مدل آن. انتخاب و محاسبه تقویت کننده عملیاتی. اصل عملکرد و انتخاب ریزمدار مبدل آنالوگ به دیجیتال. توسعه الگوریتم برنامه شرح و پیاده سازی رابط خروجی.

      مقاله ترم، اضافه شده 02/04/2014

      آماده سازی سیگنال آنالوگ برای پردازش دیجیتال محاسبه چگالی طیفی سیگنال آنالوگ. ویژگی های سنتز یک فیلتر دیجیتال با توجه به یک فیلتر نمونه اولیه آنالوگ معین. محاسبه و ساخت مشخصات زمانی فیلتر آنالوگ.

      مقاله ترم، اضافه شده در 11/02/2011

      محاسبه مشخصات فیلتر در حوزه زمان و فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه سریع، سیگنال خروجی در حوزه زمان و فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه سریع معکوس. تعیین قدرت نویز خود فیلتر

      مقاله ترم، اضافه شده 10/28/2011

      توسعه یک مبدل آنالوگ به دیجیتال و یک فیلتر پایین گذر فعال. گسسته سازی، کوانتیزاسیون، کدگذاری به عنوان فرآیندهای تبدیل سیگنال برای بخش ریزپردازنده. الگوریتم دستگاه و مدار الکتریکی آن.

      چکیده، اضافه شده در 2011/01/29

      پارامترهای یک جریان دیجیتال با فرمت 4:2:2. توسعه یک نمودار مدار. مبدل D/A، فیلتر پایین گذر، تقویت کننده سیگنال آنالوگ، مرحله خروجی، رمزگذار سیستم PAL. توسعه توپولوژی برد مدار چاپی

      پایان نامه، اضافه شده در 1394/10/19

      الگوریتمی برای محاسبه فیلتر در حوزه زمان و فرکانس با استفاده از تبدیل فوریه سریع گسسته (FFT) و تبدیل فوریه سریع معکوس (IFFT). محاسبه سیگنال خروجی و توان نویز ذاتی فیلتر سنتز شده.

      مقاله ترم، اضافه شده در 2011/12/26

      طبقه بندی فیلترها بر اساس نوع ویژگی های دامنه فرکانس آنها. توسعه نمودارهای شماتیک واحدهای عملکردی. محاسبه فیلتر الکترومغناطیسی برای جداسازی پرتوهای الکترونی. تعیین مقاومت فعال فاز یکسو کننده و دیود.

      مقاله ترم، اضافه شده در 12/11/2012

      توسعه بلوک دیاگرام های دستگاه های ارسال و دریافت کننده یک سیستم چند کاناله برای انتقال اطلاعات از PCM. محاسبه پارامترهای زمان و فرکانس اصلی پروژه مدولاتور دامنه پالس برای تبدیل سیگنال آنالوگ به سیگنال AIM.

      مقاله ترم، اضافه شده در 2014/07/20

      بلوک دیاگرام معمولی یک دستگاه الکترونیکی و عملکرد آن. ویژگی های فیلتر فرکانس، ویژگی های آن. محاسبه مبدل ولتاژ ورودی دستگاه و اصل عملکرد عنصر رله. محاسبه عنصر تاخیر زمانی آنالوگ.

      مقاله ترم، اضافه شده 12/14/2014

      توجه به طراحی مبدل اندازه گیری رئوستاتیک و اصل عملکرد آن. مطالعه بلوک دیاگرام تبدیل سیگنال آنالوگ از تنظیم کننده اندازه گیری به فرم دیجیتال. بررسی اصل عملکرد یک ADC موازی.

    طبقه بندی ابزارهای اندازه گیری

    ابزار اندازه گیری و ویژگی های آنها

    مفهوم ابزار اندازه گیری در بند 1.2 به عنوان یکی از مفاهیم اساسی مترولوژی آورده شده است. اشاره شد که یک ابزار اندازه گیری (SI) یک ابزار فنی ویژه است که یک واحد کمیت را ذخیره می کند، به شما امکان می دهد مقدار اندازه گیری شده را با واحد آن مقایسه کنید و دارای ویژگی های اندازه گیری نرمال شده است، یعنی. ویژگی هایی که بر نتایج و دقت اندازه گیری ها تأثیر می گذارد.

    ما SI را بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی می کنیم:

    § با توجه به روش اجرای تابع اندازه گیری؛

    § بر اساس طراحی؛

    § برای اهداف اندازه شناسی.

    با توجه به روش اجرای تابع اندازه گیری، تمام ابزارهای اندازه گیری را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

    § بازتولید مقدار یک اندازه معین (معلوم) (به عنوان مثال: وزن - جرم؛ خط کش - طول؛ عنصر عادی - emf و غیره)؛

    § تولید سیگنال (نشان) که حامل اطلاعاتی در مورد مقدار مقدار اندازه گیری شده است.

    طبقه بندی SI بر اساس طراحی در نمودار شکل 4.1 نشان داده شده است.

    اندازه گرفتن- ابزار اندازه گیری به شکل بدنه یا وسیله ای که برای بازتولید کمیت فیزیکی از یک یا چند بعد طراحی شده است که مقادیر آن با دقت لازم برای اندازه گیری مشخص است. اندازه گیری اساس اندازه گیری است. این واقعیت که در بسیاری از موارد اندازه‌گیری‌ها با ابزار اندازه‌گیری یا دستگاه‌های دیگر انجام می‌شود، چیزی را تغییر نمی‌دهد، زیرا بسیاری از آنها شامل اندازه‌گیری می‌شوند، برخی دیگر با اندازه‌گیری «کالیبره» می‌شوند. ترازوهای آنها را می توان به عنوان یک وسیله ذخیره سازی در نظر گرفت. و در نهایت ابزارهای اندازه گیری (مثلاً ترازوهای تابه ای) وجود دارند که فقط با اندازه گیری قابل استفاده هستند.


    برنج. 4.1. طبقه بندی ابزارهای اندازه گیری بر اساس طراحی

    دستگاه اندازه گیری- ابزار اندازه گیری طراحی شده برای تولید سیگنالی از اطلاعات اندازه گیری به شکلی که برای درک مستقیم ناظر در دسترس باشد. بسته به شکل ارائه اطلاعات، دستگاه های آنالوگ و دیجیتال متمایز می شوند. ابزارهای آنالوگ ابزارهایی هستند که خوانش آنها تابعی پیوسته از مقدار اندازه گیری شده است، مانند ابزار اشاره گر، دماسنج شیشه ای و غیره.

    شکل 4.2 یک بلوک دیاگرام تعمیم یافته یک دستگاه اندازه گیری را با یک دستگاه نشانگر نشانگر نشان می دهد.

    یک عنصر اجباری دستگاه اندازه گیری است دستگاه خواندن- بخشی از طراحی ابزار اندازه گیری که برای خواندن مقدار کمیت اندازه گیری شده طراحی شده است. دستگاه خواندن یک ابزار اندازه گیری دیجیتال یک نمایشگر دیجیتال است.


    برنج. 4.2. نمودار ساختاری دستگاه اندازه گیری.

    دستگاه خواندن یک ابزار اندازه گیری آنالوگ معمولاً از یک اشاره گر و یک ترازو تشکیل شده است. مقیاس دارای یک مقدار اولیه و نهایی است که در آن محدوده ای از قرائت ها وجود دارد (شکل 4.3).


    برنج. 4.3. دستگاه خواندن دستگاه نشانگر آنالوگ.

    تنظیم اندازه گیری- مجموعه ای از ابزارهای اندازه گیری یکپارچه عملکردی که در آن از یک یا چند دستگاه اندازه گیری برای تبدیل مقدار اندازه گیری شده به سیگنال استفاده می شود.

    ترکیب نصب اندازه گیری ممکن است شامل ابزارهای اندازه گیری، اندازه گیری ها، مبدل ها، و همچنین دستگاه های کمکی، تنظیم کننده ها، منابع تغذیه باشد.

    سیستم اندازه گیری- مجموعه ای از ابزار اندازه گیری و دستگاه های کمکی، متصل به هم توسط کانال های ارتباطی، طراحی شده برای تولید سیگنال های اطلاعات اندازه گیری به شکلی مناسب برای پردازش خودکار، انتقال و استفاده در سیستم های نظارت و کنترل.

    مبدل اندازه گیری- یک ابزار اندازه گیری طراحی شده برای تبدیل سیگنال های اطلاعات اندازه گیری از یک نوع به نوع دیگر. بسته به نوع سیگنال ورودی و خروجی، مبدل های اندازه گیری به دو دسته تقسیم می شوند:

    § مبدل ها یا حسگرهای اولیه.

    § مبدل های ثانویه.

    مبدل اولیه- یک مبدل اندازه گیری که به ورودی آن مقدار فیزیکی اندازه گیری شده عرضه می شود. مبدل اولیه اولین در مدار اندازه گیری است.

    سیگنال خروجی مبدل اولیه مستقیماً توسط ناظر قابل درک نیست. برای تبدیل آن به شکلی قابل دسترسی برای مشاهده مستقیم، یک مرحله دیگر از تبدیل ضروری است. نمونه ای از مبدل اولیه، دماسنج مقاومتی است که دما را به مقاومت الکتریکی یک هادی تبدیل می کند. نمونه دیگری از مبدل اولیه، دستگاه روزنه ای فلومترهای فشار متغیر است که دبی را به فشار دیفرانسیل تبدیل می کند.

    دستگاه ثانویه- مبدل، که سیگنال خروجی مبدل اولیه یا نرمال کننده به ورودی آن اعمال می شود. سیگنال خروجی دستگاه ثانویه مانند سیگنال دستگاه اندازه گیری برای درک مستقیم توسط ناظر در دسترس است. دستگاه ثانویه مدار اندازه گیری را می بندد.

    نرمال کردن مبدل- یک مبدل میانی نصب شده بین مبدل اولیه و دستگاه ثانویه در صورت عدم تطابق بین سیگنال خروجی مبدل اولیه و سیگنال ورودی دستگاه ثانویه. نمونه‌ای از مبدل نرمال‌کننده، پل عادی‌سازی است که سیگنال اطلاعاتی با مقاومت متغیر را به سیگنال DC یکپارچه ۰-۵ میلی آمپر یا ۰-۲۰ میلی آمپر تبدیل می‌کند.

    استفاده از چنین مبدل‌های نرمال‌کننده امکان استفاده از میلی‌مترهای یکپارچه را به‌عنوان دستگاه‌های ثانویه برای تمام مقادیر فیزیکی اندازه‌گیری می‌کند که باعث بهبود کیفیت ارگونومیک و طراحی پانل‌های کنترل می‌شود.

    مقیاس کننده- مبدل اندازه گیری که برای تغییر تعداد معینی از مقادیری که در مدار دستگاه اندازه گیری عمل می کند، بدون تغییر ماهیت فیزیکی آن عمل می کند. اینها ترانسفورماتورهای اندازه گیری ولتاژ، جریان، تقویت کننده های اندازه گیری و غیره هستند.

    با توجه به هدف اندازه گیری، تمام ابزارهای اندازه گیری به استانداردها و SI کار تقسیم می شوند. طبقه بندی دقیق ابزارهای اندازه گیری برای اهداف اندازه شناسی در بند 2.2 آورده شده است. "ترتیب انتقال اندازه واحدهای مقادیر فیزیکی".


    برنج. 4.4 ویژگی های استاتیکی و دینامیکی ابزار اندازه گیری.

    همانطور که در بالا ذکر شد، اندازه گیری ها به استاتیک و دینامیک تقسیم می شوند. اجازه دهید خواص مترولوژیکی ابزارهای اندازه گیری را در نظر بگیریم که نتیجه اندازه گیری کمیت های بدون تغییر و متغیر با زمان را مشخص می کند. شکل 4.4 طبقه بندی ویژگی هایی را نشان می دهد که این ویژگی ها را منعکس می کند.

    مشخصه استاتیکابزار اندازه گیری رابطه عملکردی بین مقدار خروجی را می نامند yو مقدار ورودی ایکسدر حالت ثابت y = f(x). به چنین وابستگی معادله مقیاس ابزار، مشخصه کالیبراسیون ابزار یا مبدل نیز می گویند. مشخصه استاتیک را می توان تنظیم کرد:

    تحلیلی؛

    از نظر گرافیکی؛

    به صورت جدول.

    در حالت کلی، مشخصه استاتیک با وابستگی توصیف می شود:

    y \u003d y n + S (x - x n), (4.1)

    جایی که u n، x n- مقدار اولیه مقادیر خروجی و ورودی؛ y، x- مقدار فعلی مقادیر خروجی و ورودی؛ اسحساسیت ابزار اندازه گیری است.

    خطای ابزار() تفاوت بین خواندن SI و مقدار واقعی (واقعی) کمیت فیزیکی اندازه گیری شده است. خطا و اجزای مختلف آن، اصلی ترین مشخصه استاندارد شده ابزار اندازه گیری است.

    حساسیت ابزار (S)خاصیتی است که می توان آن را به عنوان حد نسبت افزایشی مقدار خروجی D تعیین کرد دربه افزایش مقدار ورودی D ایکس:

    شکل 4.5 نمونه هایی از ویژگی های استاتیکی ابزار اندازه گیری را نشان می دهد: آ) و ب) خطی هستند، V) غیر خطی است. خطی بودن مشخصه استاتیک یکی از ویژگی های مهم ابزار اندازه گیری است که سهولت استفاده را فراهم می کند.

    غیر خطی بودن یک مشخصه استاتیک، به ویژه برای یک ابزار اندازه گیری فنی، تنها زمانی مجاز است که به دلیل اصل فیزیکی تبدیل باشد.

    لازم به ذکر است که برای اکثر ابزارهای اندازه گیری، به ویژه برای مبدل های اولیه، مشخصه استاتیکی را می توان تنها در حد دقت مورد نیاز ابزار اندازه گیری خطی در نظر گرفت.

    یک مشخصه استاتیکی خطی دارای حساسیت ثابتی است که به مقدار کمیت اندازه گیری شده بستگی ندارد. در مورد یک مشخصه استاتیکی خطی، حساسیت را می توان با فرمول تعیین کرد:

    جایی که y k، x k- مقدار نهایی مقادیر خروجی و ورودی؛ y d \u003d y k - y n- محدوده تغییر سیگنال خروجی؛ x d \u003d x k - x n- محدوده تغییر سیگنال ورودی

    ایکس

    ایکس
    ایکس
    در n

    آ) ب) V)

    برنج. 4.5. ویژگی های استاتیکی ابزار اندازه گیری:

    الف) ب)- خطی؛ V)- غیر خطی

    محدوده اندازه گیری- محدوده مقادیر کمیت اندازه گیری شده که در آن حدود خطای مجاز ابزار اندازه گیری نرمال می شود. محدوده اندازه گیری متر همیشه کمتر یا مساوی محدوده قرائت است.

    مفهوم ضریب انتقال به عناصر منفرد سیستم های اندازه گیری گسترش می یابد که عملکردهای انتقال جهت، مقیاس بندی یا عادی سازی سیگنال های اندازه گیری را انجام می دهند.

    ضریب انتقال( به) نسبت کمیت خروجی نامیده می شود yبه مقدار ورودی ایکس، یعنی k = y/x.ضریب انتقال، به عنوان یک قاعده، در هر نقطه از محدوده مبدل مقدار ثابتی دارد و انواع مبدل های ذکر شده (مقیاس بندی، عادی سازی) دارای یک مشخصه استاتیک خطی هستند.

    پاسخ پویاوابستگی عملکردی قرائت ابزارهای اندازه گیری به تغییر مقدار اندازه گیری شده در هر لحظه از زمان نامیده می شود، یعنی. y(t) = f.

    انحراف خروجی y(t)از مقدار ورودی x(t)در حالت پویا بسته به قانون تغییر مقدار ورودی در زمان در شکل 4.6 نشان داده شده است.

    خطای دینامیکیابزار اندازه گیری به این صورت تعریف می شود

    Dу(t) =y(t) – تا x(t)،(4.4)

    جایی که kx(t)مقدار خروجی مبدل "ایده آل" پویا است.

    حالت دینامیکی کلاس وسیعی از ابزارهای اندازه گیری با معادلات دیفرانسیل ناهمگن خطی با ضرایب ثابت توصیف می شود. خواص دینامیکی ابزارهای اندازه گیری در صنعت برق حرارتی اغلب با یک پیوند دینامیکی مرتبه اول (پیوند غیر دوره ای) مدل می شود:

    جایی که T - ثابت زمان تبدیل، که زمان خروجی سیگنال را نشان می دهد y(t)به یک مقدار ثابت پس از تغییر مرحله ای در متغیر ورودی x(t).

    برنج. 4.6. انحراف مقدار خروجی از مقدار ورودی در حالت پویا

    ویژگی های گذرا برای توصیف خواص دینامیکی ابزار اندازه گیری استفاده می شود. پاسخ گذرا پاسخ یک سیستم پویا به یک اقدام تک مرحله ای است. در عمل، از اثرات مرحله ای با مقدار دلخواه استفاده می شود:

    پاسخ گامی h(t)مربوط به پاسخ یک سیستم دینامیکی خطی است y(t)در یک اقدام گام غیر واحد واقعی بر اساس نسبت:

    h(t)=y(t)/X a(4.7)

    پاسخ گذرا اینرسی اندازه گیری را توصیف می کند که باعث تاخیر و اعوجاج سیگنال خروجی می شود. پاسخ گذرا می تواند اشکال غیر پریودیک و نوسانی داشته باشد.

    ویژگی های دینامیکی یک ابزار اندازه گیری خطی به مقدار و علامت اغتشاش پله بستگی ندارد و مشخصه های گذرا که به صورت تجربی برای مقادیر مختلف اغتشاشات پله گرفته می شوند باید مطابقت داشته باشند. اگر آزمایش‌ها با اغتشاش‌های گام‌های ارزش و علامت متفاوت منجر به نتایج کمی و کیفی نابرابر شوند، این نشان‌دهنده غیرخطی بودن ابزار اندازه‌گیری مورد مطالعه است.

    ویژگی های دینامیکی ابزار اندازه گیری که مشخص کننده پاسخ ابزار اندازه گیری به اثرات هارمونیک در محدوده فرکانسی وسیع است، نامیده می شود. ویژگی های فرکانس، که شامل ویژگی های دامنه فرکانس و فرکانس فاز.

    هنگام تعیین تجربی ویژگی های فرکانس، هارمونیک، به عنوان مثال، نوسانات سینوسی با استفاده از یک ژنراتور به ورودی ابزار اندازه گیری تغذیه می شود:

    x(t) = A x sin(w t + f x)(4.8)

    اگر ابزار اندازه گیری مورد مطالعه یک سیستم دینامیکی خطی باشد، نوسانات مقدار خروجی در حالت پایدار نیز سینوسی خواهد بود (شکل 4.6، ج را ببینید):

    y(t) = A y sin(wt + f y), (4.9)

    جایی که f x- فاز اولیه، راد: w- سرعت زاویه ای، راد در ثانیه.

    دامنه نوسانات خروجی و تغییر فاز به ویژگی های ابزار اندازه گیری و فرکانس نوسانات ورودی بستگی دارد.

    اعتیاد A(w)، نشان می دهد که چگونه نسبت دامنه نوسانات خروجی با فرکانس تغییر می کند A y (w)سیستم دینامیکی خطی به دامنه نوسانات ورودی A x (w)پاسخ فرکانسی (AFC) این سیستم نامیده می شود:

    A(w) = A y (w)/A x (w) (4.10)

    وابستگی فرکانس تغییر فاز بین نوسانات ورودی و خروجی را مشخصه فرکانس فاز (PFC) سیستم می نامند:

    f(w) = f y (w) - f x (w)(4.11)

    با توجه به معادله دیفرانسیل که رابطه بین سیگنال های خروجی و ورودی (4.5) را توصیف می کند، مشخصه های فرکانس هم به صورت تجربی و هم از نظر تئوری تعیین می شوند. روش به دست آوردن ویژگی های فرکانس از معادله دیفرانسیل یک سیستم خطی به تفصیل در ادبیات تئوری کنترل خودکار توضیح داده شده است.

    شکل 4.7 پاسخ های فرکانسی معمولی را برای یک ابزار اندازه گیری نشان می دهد که خواص دینامیکی آن با یک معادله دیفرانسیل خطی مرتبه اول (4.5) مطابقت دارد. با افزایش فرکانس سیگنال ورودی، چنین وسیله اندازه گیری معمولاً دامنه سیگنال خروجی را کاهش می دهد، اما تغییر سیگنال خروجی را نسبت به ورودی افزایش می دهد که منجر به افزایش خطای دینامیکی می شود.

    برنج. 4.7. ویژگی های دامنه فرکانس (a) و فرکانس فاز (b) ابزار اندازه گیری، که خواص دینامیکی آن مربوط به یک پیوند خطی مرتبه اول (پیوند غیر دوره ای) است.

    اجازه دهید با مثال نشان دهیم که چگونه ارزیابی ویژگی های دینامیکی ابزار اندازه گیری انجام می شود، که خواص دینامیکی آن را می توان با یک پیوند خطی مرتبه 1 مدل کرد.

    مثال.محاسبه ثابت زمان تیگیرنده حرارتی

    برنج. 4.8. نمودار شماتیک و مشخصه دینامیکی گیرنده حرارتی

    اینرسی حرارتی گیرنده حرارتی به دلیل گرمایش آهسته تر در مقایسه با تغییر سریع (شبیه پرش) در دمای محیط است که منجر به تاخیر در خواندن دستگاه اندازه گیری دما می شود.

    خطای دینامیکی گیرنده حرارتی تعیین می شود

    جایی که ج، ر، س- ظرفیت گرمایی، چگالی، حجم و سطح گیرنده گرما؛ الف - ضریب انتقال حرارت؛ t cfو t pr- دمای محیط و گیرنده حرارتی.

    ثابت زمانی گیرنده حرارتی با شرایط تعیین می شود t pr (T)=0,63(t cf -t n)و برابر با

    جایی که د- ضخامت دیواره های پوشش گیرنده حرارتی.

    بگذارید داده شود: r\u003d 7 × 10 3 کیلوگرم / متر مکعب؛ با= 0.400 کیلوژول / کیلوگرم × درجه؛ آ\u003d 200 وات / متر 2 × درجه؛ د= 2.0 میلی متر

    مقدار تخمینی ثابت زمانی:

    اگر دمای متوسط t cf\u003d 520 درجه سانتیگراد توسط یک پتانسیومتر الکترونیکی با خطای D \u003d 5 ± درجه سانتیگراد اندازه گیری می شود ، سپس زمان تعیین خوانش های دستگاه T y تعیین می شود.

    بیشتر بخوانید: