Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы, страница 5

Помеха общего вида возникает главным образом из-за различий потенциалов точек заземления измеряемого сигнала и ЦСИ, и может содержать как постоянную, так и переменную составляющие. Из рис. (1) видно, что помехе e₀ через сопротивление r₀ связано с сопротивлением изоляции z_i и через них связано со входом ЦСИ. Таким образом, создаётся дополнительная помеха e_н0 . То есть полная помеха имеет две составляющие: e_п= e₀+ e_н0. Нередко сопротивление r₀ может быть достаточно малым, поэтому при заземленном источнике измеряемого сигнала нежелательно  непосредственное заземление ЦСИ. При этом сопротивление изоляции z_i=0 и составляющие помехи e_н0 сильно увеличиваются, так как при большом входном сопротивлении R_вх мы имеем: .

Степень подавления помехи  общего вида часто характеризуется отношением: .

Основными методами борьбы с помехами нормального вида являются:

– фильтрация;

– статистическая обработка;

– компенсация и усреднение;

– использование RC-фильтров (самый простой и действенный способ, однако он сильно снижает быстродействие ЦСИ, поэтому он в основном применяется в высокоточных приборах с малым быстродействием).

Степень подавления помехи нормального вида характеризуется следующим соотношением: , , где – уровень помехи после её подавления.

Зная вид входного сигнала (), проведя математические преобразования, получим: , где f – частота помехи, а t_u– интервал усреднения.

 Поскольку  и  (1), имеем:

Из рисунка (2) видно, что при t_u кратном периоду помехи, степень подавления помехи бесконечно возрастает. Следовательно, возможны два метода подавления помехи:

а) увеличение соотношения ;

б) выбор времени усреднения , равного или кратного периоду помехи.

Первое снижает быстродействие, а второе требует точной синхронизации интервала усреднения и  с периодом помехи.

Надёжность ЦСИ.

Надёжность – это сложное свойство, включающее в себя понятия безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность – это параметр прибора, характеризующий, сколько времени прибор будет работать безотказно.

Долговечность – свойство, характеризующее, сколько времени прибор будет работать вообще.

Ремонтопригодность – это параметр, характеризующий сложность ремонта прибора и сохраняемость – свойство, характеризующее, сколько прибор может храниться без потери его основных свойств (быстродействие, точность вычислений).

Отказ – это случайное событие, а интервал времени между началом эксплуатации объекта идо момента отказа – случайная величина, принимающая все возможные значения (∞, где t – время начала эксплуатации, а T – отказ).

Функция распределения случайной величины Т выражает вероятность того, что в течение времени t произойдёт отказ. , а функция характеризует, что за время t отказа не будет за период Т. 

–это вероятность отказа за время t, а – вероятность безотказной работы за t. Q – функция неубывающая, а R – невозрастающая функция, причем Q(0)=R(∞)=0 и Q(∞)=R(0)=1.

 Для количественной характеристики надёжности прибора используют различные числовые характеристики функции распределения Q(t).

Лекция 8

Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы.

Рис. (1) – упрощенные структуры цифровых приборов.

а) для измерения естественно квантованной величины;

б) для измерения потока естественно квантованной величины;

в) для измерения угла отклонения (проворота) с преобразованием угол-код;

г) для измерения периода сигнала с генератором тактовых импульсов;

д) для измерения частоты сигнала;

е) для измерения напряжения путём сопоставления с многоканальной мерой;

ж) измерение непрерывного сигнала с преобразованием его в угол;

з) измерение непрерывного сигнала с преобразованием его в период;

и) измерение непрерывного сигнала с преобразованием его в частоту;

к) замкнуто-разомкнутая (комбинированная) схема;

л) замкнутая схема;

В рисунке использованы следующие обозначения:

ЧЭ – чувствительный элемент;

СТ – счетчик электрических импульсов;

SW – ключ;

ГТИ – генератор тактовых импульсов;

A/D, x/2,D/D –  преобразователи непрерывного в дискретный; любого непрерывного сигнала в угол.

1а)  Если измеряемая величина Х квантована естественным образом, то есть состоит из частиц, имеющих одинаковые параметры (этот параметр является естественной единицей измерения и имеет известное значение ), то для измерения числового значения такой величины необходимы ЧЭ и СТ.

Если частица не имеет известного постоянного во времени параметра, то такой прибор называется не измерительным, а счетным.

Примером естественно квантованной величины является электрон.

1б)  Если измеряется поток естественно квантованной величины Х/Т (ток, поток электронов -излечения), то кроме ЧЭ и СТ необходим ГТИ.

Ключ SW открывается на период следования импульсов и за этот период происходит счет счетчиком СТ измеряемая величина. Тогда результат измерения будет:  .

В следствие случайной неравномерности частоты ионизирующих излучений при измерении средней частоты за период Т возникает относительная среднеквадратичная статистическая погрешность: , где – среднее число импульсов, поступающее с чувствительного элемента за единицу времени.

Для снижения  до 1% необходимо выбрать такое Т, при котором число частиц будет не меньше 10⁴ (10⁴). Кроме того, погрешность счета проявляется из-за наличия в счетчиках мертвого времени .

Мёртвым временем счета  называют максимальное время между двумя импульсами, которые счетчик воспринимает как один.

1в,г,д,е) Если измеряемая величина Х является аналоговой величиной, удобной для квантования (угол, период, частота, напряжение), то применяют разомкнутую схему сопоставления с преобразователем входной величины в код. В этом случае погрешность измерения будет характеризоваться только погрешностями от квантования соответствующей величины.

1ж,з,и) Предположим, что измеряемая величина неудобна для непосредственного преобразования в код, но её можно легко с заданной точностью преобразовать в один из сигналов ().