Đặc tính tĩnh và động của dụng cụ đo. Phát triển và mô tả hệ thống kênh đo để xác định các đặc tính tĩnh và động. Các thông số cơ bản và lỗi của DAC

Phân loại dụng cụ đo

Dụng cụ đo lường và đặc điểm của chúng

Khái niệm về dụng cụ đo đã được trình bày ở đoạn 1.2 như một trong những khái niệm cơ bản của đo lường học. Cần lưu ý rằng dụng cụ đo (MI) là một thiết bị kỹ thuật đặc biệt lưu trữ một đơn vị đại lượng, cho phép người ta so sánh đại lượng đo được với đơn vị của nó và có các đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa, tức là các đặc tính ảnh hưởng đến kết quả và độ chính xác của phép đo.

Chúng ta hãy phân loại SI theo các tiêu chí sau:

§ theo phương pháp thực hiện chức năng đo;

§ Qua thiết kế;

§ cho mục đích đo lường.

Theo phương pháp thực hiện chức năng đo, tất cả các dụng cụ đo có thể được chia thành hai nhóm:

§ tái tạo giá trị của một kích thước nhất định (đã biết) (ví dụ: trọng lượng - khối lượng; thước - chiều dài; phần tử bình thường - emf, v.v.);

§ tạo ra tín hiệu (chỉ báo) mang thông tin về giá trị của đại lượng đo được.

Việc phân loại các dụng cụ đo theo thiết kế được thể hiện ở sơ đồ hình 4.1.

Đo lường– dụng cụ đo ở dạng cơ thể hoặc thiết bị được thiết kế để tái tạo một đại lượng vật lý có một hoặc nhiều kích cỡ, các giá trị của chúng được biết với độ chính xác cần thiết để đo. Đo lường là cơ sở của đo lường. Thực tế là trong nhiều trường hợp, các phép đo được thực hiện bằng dụng cụ đo hoặc các thiết bị khác không làm thay đổi bất cứ điều gì, vì nhiều trong số chúng bao gồm các thước đo, một số khác được “xếp loại” bằng cách sử dụng các thước đo; vảy của chúng có thể được coi như một thiết bị lưu trữ. Và cuối cùng, có những dụng cụ đo lường (ví dụ như cân cốc) chỉ có thể sử dụng bằng thước đo.

Cơm. 4.1. Phân loại dụng cụ đo theo thiết kế.

Thiết bị đo- dụng cụ đo được thiết kế để tạo ra tín hiệu đo thông tin ở dạng mà người quan sát có thể tiếp cận được trực tiếp. Tùy thuộc vào hình thức trình bày thông tin, các thiết bị tương tự và kỹ thuật số được phân biệt. Dụng cụ tương tự là dụng cụ có số đọc là hàm liên tục của đại lượng được đo, ví dụ: thiết bị con trỏ, nhiệt kế thủy tinh, v.v.

Hình 4.2 thể hiện sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo có thiết bị chỉ thị con trỏ.

Thành phần bắt buộc của thiết bị đo là thiết bị đọc- một phần của thiết kế dụng cụ đo dùng để đọc giá trị của đại lượng đo được. Thiết bị đọc của thiết bị đo kỹ thuật số là màn hình kỹ thuật số.

Cơm. 4.2. Sơ đồ kết cấu thiết bị đo lường.

Thiết bị đọc của dụng cụ đo tương tự thường bao gồm một con trỏ và thang đo. Thang đo có giá trị ban đầu và giá trị cuối cùng, trong đó có phạm vi số đọc (Hình 4.3).

Cơm. 4.3. Thiết bị đọc của thiết bị chỉ báo tương tự.

Thiết lập đo lường- một bộ dụng cụ đo tích hợp chức năng, trong đó một hoặc nhiều thiết bị đo được sử dụng để chuyển đổi giá trị đo được thành tín hiệu.

Hệ thống lắp đặt đo có thể bao gồm các dụng cụ đo, thước đo, bộ chuyển đổi cũng như các thiết bị phụ trợ, bộ điều chỉnh và nguồn điện.

Hệ thống đo lường- một bộ dụng cụ đo và thiết bị phụ trợ, được kết nối với nhau bằng các kênh truyền thông, được thiết kế để tạo ra các tín hiệu thông tin đo lường ở dạng thuận tiện cho xử lý tự động, truyền tải và sử dụng trong các hệ thống giám sát và điều khiển.

đầu dò- dụng cụ đo được thiết kế để chuyển đổi tín hiệu thông tin đo từ loại này sang loại khác. Tùy thuộc vào loại tín hiệu đầu vào và đầu ra, đầu dò đo được chia thành:

§ bộ chuyển đổi hoặc cảm biến sơ cấp;

§ bộ chuyển đổi thứ cấp.

Bộ chuyển đổi chính- bộ chuyển đổi đo, đầu vào của nó được cung cấp đại lượng vật lý đo được. Đầu dò sơ cấp là đầu dò đầu tiên trong chuỗi đo.

Người quan sát không thể cảm nhận được tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi chính. Để biến nó thành một dạng có thể quan sát trực tiếp được, cần phải có một giai đoạn chuyển đổi khác. Một ví dụ về bộ chuyển đổi sơ cấp là nhiệt kế điện trở, chuyển đổi nhiệt độ thành điện trở Nhạc trưởng. Một ví dụ khác về bộ chuyển đổi sơ cấp là lỗ của đồng hồ đo lưu lượng có áp suất thay đổi, giúp chuyển đổi dòng chảy thành áp suất chênh lệch.

Thiết bị phụ- bộ chuyển đổi, đầu vào của nó được cung cấp tín hiệu đầu ra của bộ biến đổi sơ cấp hoặc bộ biến đổi chuẩn hóa. Tín hiệu đầu ra của thiết bị thứ cấp, giống như tín hiệu của thiết bị đo, có sẵn để người quan sát nhận biết trực tiếp. Thiết bị thứ cấp đóng mạch đo.

Bộ chuyển đổi chuẩn hóa- bộ chuyển đổi trung gian được lắp đặt giữa bộ chuyển đổi sơ cấp và thiết bị thứ cấp trong trường hợp có sự không nhất quán giữa tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi sơ cấp và tín hiệu đầu vào thiết bị thứ cấp. Một ví dụ về bộ chuyển đổi chuẩn hóa là một cầu nối chuẩn hóa chuyển đổi tín hiệu thông tinđiện trở thay đổi thành tín hiệu thống nhất dòng điện một chiều 0-5 mA hoặc 0-20 mA.

Việc sử dụng các bộ chuyển đổi chuẩn hóa như vậy cho phép sử dụng các ampe kế thống nhất cho tất cả các đại lượng vật lý được đo làm thiết bị thứ cấp, giúp cải thiện chất lượng công thái học và thiết kế của bảng điều khiển.

Bộ chuyển đổi tỷ lệ- bộ chuyển đổi đo dùng để thay đổi một số lần nhất định giá trị của một trong các đại lượng tác động lên mạch của thiết bị đo mà không làm thay đổi bản chất vật lý của nó. Đó là các máy biến áp đo điện áp và dòng điện, bộ khuếch đại đo lường, v.v.

Theo mục đích đo lường của chúng, tất cả các dụng cụ đo được chia thành các tiêu chuẩn và dụng cụ đo làm việc. Việc phân loại dụng cụ đo theo mục đích đo lường được trình bày chi tiết ở đoạn 2.2. “Thủ tục chuyển đổi kích thước của đơn vị đại lượng vật lý.”

Cơm. 4.4 Tĩnh và đặc tính động dụng cụ đo lường.

Như đã lưu ý ở trên, các phép đo được chia thành tĩnh và động. Chúng ta hãy xem xét các đặc tính đo lường của dụng cụ đo đặc trưng cho kết quả đo các đại lượng không đổi và thay đổi theo thời gian. Hình 4.4 cho thấy sự phân loại các đặc điểm phản ánh các thuộc tính này.

Đặc tính tĩnh dụng cụ đo gọi mối quan hệ chức năng giữa đại lượng đầu ra y và số lượng đầu vào xở trạng thái ổn định y = f(x). Sự phụ thuộc này còn được gọi là phương trình thang đo thiết bị, đặc tính hiệu chuẩn của thiết bị hoặc bộ chuyển đổi. Đặc tính tĩnh có thể được chỉ định:

Phân tích;

Về mặt đồ họa;

Ở dạng một bảng.

TRONG trường hợp chungđặc tính tĩnh được mô tả bởi sự phụ thuộc:

y = y n + S (x – x n), (4.1)

Ở đâu bạn, x n – giá trị ban đầu số lượng đầu ra, đầu vào; y, x- giá trị hiện tại của đại lượng đầu ra và đầu vào; S- độ nhạy của dụng cụ đo.

Lỗi dụng cụ đo() là chênh lệch giữa số đọc SI và giá trị thực (thực tế) của đại lượng vật lý đo được. Lỗi và các thành phần khác nhau của nó là đặc tính tiêu chuẩn hóa chính của SI.

Độ nhạy của dụng cụ đo (S)– một đặc tính có thể được xác định về mặt định lượng là giới hạn của tỷ lệ mức tăng của giá trị đầu ra D Tại tăng dần giá trị đầu vào D X:

Hình 4.5 trình bày các ví dụ về đặc tính tĩnh của dụng cụ đo: MỘT) Và b) – tuyến tính, V.) – phi tuyến. Độ tuyến tính của đặc tính tĩnh là tài sản quan trọng dụng cụ đo để dễ sử dụng.

Tính phi tuyến của đặc tính tĩnh, đặc biệt đối với phương tiện kỹ thuật các phép đo chỉ được phép khi nó được xác định theo nguyên lý biến đổi vật lý.

Cần lưu ý rằng đối với hầu hết các dụng cụ đo, đặc biệt là các bộ chuyển đổi sơ cấp, đặc tính tĩnh chỉ có thể được coi là tuyến tính trong phạm vi độ chính xác yêu cầu của dụng cụ đo.

Đặc tính tĩnh tuyến tính có độ nhạy không đổi, không phụ thuộc vào giá trị của đại lượng đo. Trong trường hợp đặc tính tĩnh tuyến tính, độ nhạy có thể được xác định theo công thức:

Ở đâu y k, x k– giá trị cuối cùng của số lượng đầu ra và đầu vào; y d = y k – y n- phạm vi biến đổi tín hiệu đầu ra; x d = x k – x n– phạm vi biến đổi tín hiệu đầu vào.

bạn n

MỘT) b) V.)

Cơm. 4.5. Đặc tính tĩnh của dụng cụ đo:

a), b)- tuyến tính; V)- phi tuyến

Phạm vi đo– phạm vi giá trị của đại lượng đo, trong đó giới hạn sai số cho phép của dụng cụ đo được chuẩn hóa. Phạm vi đo của đồng hồ luôn nhỏ hơn hoặc bằng phạm vi đọc.

Khái niệm hệ số truyền áp dụng cho các phần tử riêng lẻ của hệ thống đo thực hiện các chức năng truyền định hướng, chia tỷ lệ hoặc chuẩn hóa tín hiệu đo.

Hệ số chuyển giao ( ĐẾN) được gọi là tỉ số của lượng đầu ra y về số lượng đầu vào x, I E. k = y/x. Hệ số truyền, theo quy luật, có giá trị không đổi tại bất kỳ điểm nào trong phạm vi bộ chuyển đổi và các loại bộ chuyển đổi được liệt kê (chia tỷ lệ, chuẩn hóa) có đặc tính tĩnh tuyến tính.

Đặc tính động gọi điện sự phụ thuộc chức năng số đọc của dụng cụ đo từ những thay đổi trong giá trị đo được tại từng thời điểm, tức là. y(t) = f.

Độ lệch đầu ra y(t) từ giá trị đầu vào x(t)ở chế độ động được thể hiện trên hình 4.6 tùy thuộc vào quy luật thay đổi của đại lượng đầu vào theo thời gian.

Lỗi động dụng cụ đo được định nghĩa là

Dу(t) =y(t) – đến x(t),(4.4)

Ở đâu kx(t)– giá trị đầu ra của bộ chuyển đổi động “lý tưởng”.

Chế độ động của một loại dụng cụ đo rộng được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính không đồng nhất với các hệ số không đổi. Các đặc tính động của thiết bị đo trong kỹ thuật nhiệt điện thường được mô hình hóa bằng liên kết động bậc nhất (liên kết không tuần hoàn):

ở đâu T – hằng số thời gian chuyển đổi, hiển thị thời gian đầu ra tín hiệu y(t)đến giá trị ổn định sau một bước thay đổi giá trị đầu vào x(t).

Cơm. 4.6. Độ lệch của giá trị đầu ra so với giá trị đầu vào ở chế độ động

Để mô tả các đặc tính động của dụng cụ đo, các đặc tính nhất thời được sử dụng. Phản ứng nhất thời thể hiện phản ứng hệ thống năng động cho một hiệu ứng bước duy nhất. Trong thực tế, hiệu ứng bước có giá trị tùy ý được sử dụng:

Bước đáp ứng h(t) liên quan đến đáp ứng của hệ động lực tuyến tính y(t) về tác động bước không đơn vị thực tế bởi mối quan hệ:

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

Đáp ứng nhất thời mô tả quán tính của phép đo, gây ra độ trễ và méo tín hiệu đầu ra. Phản ứng nhất thời có thể có dạng không tuần hoàn và dao động.

Đặc tính động phương tiện tuyến tính các phép đo không phụ thuộc vào giá trị và dấu của nhiễu bước và các đặc tính nhất thời được lấy bằng thực nghiệm ở các giá trị khác nhau của nhiễu bước phải trùng nhau. Nếu các thí nghiệm với nhiễu loạn từng bước có cường độ và dấu khác nhau dẫn đến kết quả định lượng và định tính không đồng đều, thì điều này cho thấy tính phi tuyến của dụng cụ đo đang được nghiên cứu.

Đặc tính động học của dụng cụ đo, đặc trưng cho sự đáp ứng của dụng cụ đo với các ảnh hưởng hài trong phạm vi rộng tần số được gọi là đặc tính tần số bao gôm đặc tính biên độ-tần số và tần số pha.

Khi xác định bằng thực nghiệm các đặc tính tần số, các dao động điều hòa, ví dụ, hình sin được cung cấp cho đầu vào của thiết bị đo bằng máy phát:

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

Nếu dụng cụ đo đang nghiên cứu là một hệ động lực tuyến tính thì dao động của giá trị đầu ra ở trạng thái ổn định cũng sẽ có dạng hình sin (xem hình 4.6, c):

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

Ở đâu fx- pha ban đầu, rad: w- vận tốc góc, rad/s.

Biên độ của dao động đầu ra và độ lệch pha phụ thuộc vào đặc tính của dụng cụ đo và tần số dao động đầu vào.

Nghiện A(w), cho thấy tỷ số biên độ của dao động đầu ra thay đổi như thế nào theo tần số Ờ(w) hệ động lực tuyến tính với biên độ dao động đầu vào Rìu(w), được gọi là đáp ứng biên độ-tần số (AFC) của hệ thống này:

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

Sự phụ thuộc tần số của sự dịch pha giữa các dao động đầu vào và đầu ra được gọi là đáp ứng tần số pha (PFC) của hệ thống:

f(w) = f y (w) – f x (w)(4.11)

Các đặc tính tần số được xác định cả bằng thực nghiệm và lý thuyết, sử dụng phương trình vi phân mô tả mối quan hệ giữa tín hiệu đầu ra và đầu vào (4.5). Quy trình thu được các đặc tính tần số bằng phương trình vi phân hệ thống tuyến tínhđược mô tả chi tiết trong tài liệu về lý thuyết điều khiển tự động.

Hình 4.7 thể hiện điển hình đặc tính tần sốđối với dụng cụ đo có đặc tính động học tương ứng với phương trình vi phân tuyến tính bậc một (4.5). Khi tần số của tín hiệu đầu vào tăng lên, thiết bị đo như vậy thường làm giảm biên độ của tín hiệu đầu ra nhưng lại làm tăng độ dịch chuyển của tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào, dẫn đến sai số động tăng lên.

Cơm. 4.7. Đặc tính biên độ-tần số (a) và tần số pha (b) của thiết bị đo, các đặc tính động học của nó tương ứng với liên kết tuyến tính bậc nhất (liên kết aprioridic).

Chúng ta hãy chỉ ra bằng ví dụ cách đánh giá các đặc tính động của dụng cụ đo, các đặc tính động của chúng có thể được mô hình hóa bằng liên kết tuyến tính bậc 1.

Ví dụ. Tính toán hằng số thời gian T máy thu nhiệt.

Cơm. 4.8. Sơ đồ và đặc tính động của máy thu nhiệt

Quán tính nhiệt của máy dò nhiệt là do quá trình gia nhiệt chậm hơn so với sự thay đổi nhanh chóng (đột ngột) về nhiệt độ của môi trường, dẫn đến độ trễ trong số đọc của thiết bị đo nhiệt độ.

Sai số động của bộ thu nhiệt được xác định

Ở đâu s, r, S– công suất nhiệt, mật độ, thể tích và diện tích bề mặt của bộ thu nhiệt; a là hệ số truyền nhiệt; t trung bình Và t pr- nhiệt độ của môi chất và cảm biến nhiệt độ.

Hằng số thời gian của bộ thu nhiệt được xác định bởi điều kiện t pr (T)=0,63(t av -t n) và bằng

Ở đâu d- độ dày của thành vỏ bộ thu nhiệt.

Hãy để nó được đưa ra: r= 7×10 3 kg/m 3 ; Với= 0,400 kJ/kg×độ; Một= 200 W/m 2 ×độ; d= 2,0mm.

Hằng số thời gian ước tính:

Nếu nhiệt độ môi trường t trung bình= 520 o C được đo bằng chiết áp điện tử có sai số D = ±5 o C, từ đó xác định được thời điểm lập chỉ số T y

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến thức rất đơn giản. Sử dụng mẫu dưới đây

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng kiến thức trong học tập và công việc sẽ rất biết ơn các bạn.

NỘI DUNG 2
TRONGtiến hành 3
1. Nhiệm vụ kỹ thuật 6
2. Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo xác định đặc tính tĩnh và động 8
2.1 Xây dựng nguyên lý lựa chọn và tiêu chuẩn hóa các đặc tính tĩnh và động của các kênh đo của phương tiện đo 8
2.2 Phát triển các tổ hợp có đặc tính đo lường tiêu chuẩn 12
3. PHÁT TRIỂN PHƯƠNG TIỆN ĐO LƯỜNG 16
3.1 Phát triển độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo. 16
3.2 Những thay đổi về đặc tính đo lường của phương tiện 19
đo trong quá trình vận hành 19
3.3 Phát triển mô hình tiêu chuẩn hóa đo lường 22
đặc trưng 22
4. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU 26
5. Phát triển kênh 30
5.1 Phát triển mô hình kênh 30
5.2 Phát triển mô hình kênh đo 30
VĂN HỌC 35

Giới thiệu

Một trong những hình thức giám sát đo lường nhà nước và kiểm soát cấp ngành chính nhằm đảm bảo tính thống nhất của các phép đo trong nước, như đã đề cập trước đó, là xác minh các phương tiện đo. Các dụng cụ được xuất xưởng và sửa chữa, nhận từ nước ngoài cũng như những dụng cụ đang vận hành và bảo quản đều phải được xác minh. Các yêu cầu cơ bản đối với tổ chức và quy trình xác minh dụng cụ đo được thiết lập bởi GOST “GSI. Kiểm định dụng cụ đo. Tổ chức và thủ tục.” Thuật ngữ “xác minh” được GOST “GSI. Đo lường. Các thuật ngữ và định nghĩa” là “sự xác định của cơ quan đo lường về các sai sót của một dụng cụ đo và việc thiết lập tính phù hợp của nó để sử dụng”. Trong một số trường hợp, trong quá trình xác minh, thay vì xác định giá trị lỗi, họ kiểm tra xem lỗi có nằm trong giới hạn chấp nhận được hay không. Do đó, việc xác minh các dụng cụ đo được thực hiện để xác định tính phù hợp của chúng khi sử dụng. Những dụng cụ đo đó được coi là phù hợp để sử dụng trong một khoảng thời gian xác minh nhất định, việc xác minh xác nhận sự tuân thủ của chúng với các yêu cầu kỹ thuật và đo lường đối với dụng cụ đo này. Các dụng cụ đo lường phải được kiểm tra sơ bộ, định kỳ, bất thường, kiểm tra và chuyên gia. Các dụng cụ phải trải qua quá trình xác minh cơ bản sau khi xuất xưởng hoặc sửa chữa, cũng như các dụng cụ được nhận để nhập khẩu. Các thiết bị đang vận hành hoặc bảo quản phải được kiểm tra định kỳ theo các khoảng thời gian hiệu chuẩn nhất định được thiết lập để đảm bảo sự phù hợp của thiết bị để sử dụng trong khoảng thời gian giữa các lần kiểm tra. Xác minh kiểm tra được thực hiện để xác định sự phù hợp của việc sử dụng phương tiện đo trong việc thực hiện giám sát nhà nước và kiểm soát đo lường của cơ quan đối với tình trạng và việc sử dụng phương tiện đo. Việc xác minh của chuyên gia được thực hiện khi các vấn đề gây tranh cãi về đặc tính đo lường (MX), khả năng sử dụng của dụng cụ đo và tính phù hợp của chúng khi sử dụng. Chứng nhận đo lường là tập hợp các hoạt động nhằm nghiên cứu các đặc tính và đặc tính đo lường của phương tiện đo nhằm đưa ra quyết định về tính phù hợp của việc sử dụng phương tiện đó làm phương tiện chuẩn. Thông thường đối với chứng nhận đo lường, chúng được chương trình đặc biệt công trình, công đoạn chủ yếu là: thực nghiệm xác định các đặc tính đo lường; phân tích nguyên nhân hư hỏng; thiết lập khoảng thời gian kiểm định, v.v... Việc chứng nhận đo lường đối với các phương tiện đo được sử dụng làm phương tiện đo chuẩn được thực hiện trước khi vận hành thử, sau khi sửa chữa và, nếu cần, thay đổi chủng loại của phương tiện đo chuẩn. Kết quả chứng nhận đo lường được ghi lại bằng các tài liệu phù hợp (quy trình, chứng chỉ, thông báo về sự không phù hợp của phương tiện đo). Đặc điểm của các loại dụng cụ đo được sử dụng sẽ quyết định phương pháp kiểm tra chúng.

Trong thực tế của các phòng thí nghiệm hiệu chuẩn, người ta đã biết nhiều phương pháp hiệu chuẩn dụng cụ đo khác nhau, để thống nhất được rút gọn thành các phương pháp sau:

* so sánh trực tiếp bằng bộ so sánh (tức là sử dụng các công cụ so sánh);

* phương pháp đo trực tiếp;

* phương pháp đo gián tiếp;

* phương pháp xác minh độc lập (tức là xác minh dụng cụ đo giá trị tương đối, không yêu cầu chuyển đổi kích thước đơn vị).

Việc xác minh hệ thống đo lường được thực hiện bởi các cơ quan đo lường nhà nước được gọi là Dịch vụ Đo lường Nhà nước. Hoạt động của Cục Đo lường Nhà nước nhằm giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật về đo lường và thực hiện các chức năng lập pháp và kiểm soát cần thiết, như: thiết lập các đơn vị đại lượng vật lý được phê duyệt để sử dụng; tạo ra các dụng cụ, phương pháp và dụng cụ đo mẫu độ chính xác cao nhất; phát triển các chương trình xác minh của toàn Liên minh; xác định các hằng số vật lý; phát triển lý thuyết đo lường, phương pháp ước lượng sai số, v.v. Các nhiệm vụ mà Cơ quan Đo lường Nhà nước phải đối mặt được giải quyết với sự trợ giúp của Hệ thống Nhà nước về Đảm bảo tính thống nhất của các phép đo (GSI). Hệ thống nhà nước nhằm đảm bảo tính thống nhất của các phép đo là cơ sở pháp lý và quy định để hỗ trợ đo lường cho các hoạt động khoa học và thực tiễn trong việc đánh giá và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Đó là một bộ tài liệu quy định và kỹ thuật thiết lập một danh pháp thống nhất, phương pháp trình bày và đánh giá các đặc tính đo lường của dụng cụ đo, quy tắc tiêu chuẩn hóa và chứng nhận phép đo, đăng ký kết quả, yêu cầu kiểm tra nhà nước, xác minh và kiểm tra phép đo dụng cụ. Các tài liệu quy định và kỹ thuật chính Hệ thống nhà nướcđảm bảo tính đồng nhất của các phép đo là tiêu chuẩn của nhà nước. Trên cơ sở các tiêu chuẩn cơ bản này, các tài liệu quy định và kỹ thuật được phát triển nhằm xác định các yêu cầu chung của tiêu chuẩn cơ bản cho các ngành, lĩnh vực đo lường và phương pháp đo lường khác nhau.

1. Thông số kỹ thuật

1.1 Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo để xác định các đặc tính tĩnh và động.

1.2 Tài liệu phát triển khoa học và phương pháp của khoa ISIT

1.3 Mục đích và mục đích

1.3.1 Hệ thống này nhằm mục đích xác định các thành phần đặc trưng của sai số đo lường.

1.3.2 Xây dựng hệ thống đo lường hệ thống thông tin cho phép bạn tự động nhận thông tin cần thiết, xử lý và phát hành theo mẫu được yêu cầu.

1.4 Yêu cầu hệ thống

1.4.1 Các quy tắc lựa chọn bộ đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa cho các dụng cụ đo và phương pháp tiêu chuẩn hóa chúng được xác định theo tiêu chuẩn GOST 8.009 - 84.

1.4.2 Bộ đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa:

1. các biện pháp và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự;

2. Dụng cụ đo, ghi;

3. Bộ chuyển đổi đo tương tự và tương tự sang số.

1.4.3 Sai số công cụ của mô hình đầu tiên về các đặc tính đo lường được chuẩn hóa:

Thành phần ngẫu nhiên;

Lỗi động;

1.4.4 Sai số công cụ của mô hình thứ hai về các đặc tính đo lường chuẩn hóa:

lỗi SI chính ở đâu mà không chia nó thành các thành phần.

1.4.5 Sự tuân thủ của các mô hình đặc tính đo lường tiêu chuẩn hóa với GOST 8.009-84 về việc hình thành các phức hợp đặc tính đo lường tiêu chuẩn hóa.

2. Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo xác định đặc tính tĩnh và động

2.1 Xây dựng nguyên lý lựa chọn và tiêu chuẩn hóa các đặc tính tĩnh và động của các kênh đo của phương tiện đo

Khi sử dụng SI, điều quan trọng cơ bản là phải biết mức độ mà thông tin được đo chứa trong tín hiệu đầu ra tương ứng với giá trị thực của nó. Với mục đích này, một số đặc tính đo lường (MX) nhất định được giới thiệu và tiêu chuẩn hóa cho từng SI.

Đặc tính đo lường là đặc tính của các đặc tính của dụng cụ đo ảnh hưởng đến kết quả đo và sai số của nó. Các đặc tính được thiết lập bởi các tài liệu quy định và kỹ thuật được gọi là tiêu chuẩn hóa và những đặc tính được xác định bằng thực nghiệm được gọi là hợp lệ. Danh pháp MX, quy tắc lựa chọn tổ hợp MX được tiêu chuẩn hóa cho dụng cụ đo và phương pháp tiêu chuẩn hóa chúng được xác định theo tiêu chuẩn GOST 8.009-84 "GSI. Đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa của dụng cụ đo."

Đặc tính đo lường của SI cho phép:

xác định kết quả đo và tính toán ước lượng đặc tính thành phần dụng cụ của sai số đo trong điều kiện thực tế ứng dụng SI;

tính toán kênh MX của hệ thống đo gồm một số thiết bị đo có MX đã biết;

đưa ra lựa chọn tối ưu các dụng cụ đo cung cấp chất lượng phép đo cần thiết trong các điều kiện sử dụng đã biết;

so sánh SI nhiều loại khác nhau có tính đến các điều kiện sử dụng.

Khi xây dựng các nguyên tắc lựa chọn và tiêu chuẩn hóa phương tiện đo, cần phải tuân thủ một số quy định được nêu dưới đây.

1. Điều kiện chính để có thể giải quyết tất cả các vấn đề được liệt kê là sự hiện diện của mối liên hệ rõ ràng giữa MX chuẩn hóa và lỗi công cụ. Kết nối này được thiết lập thông qua mô hình toán học của thành phần công cụ gây ra lỗi, trong đó MX được chuẩn hóa phải là đối số. Điều quan trọng là danh pháp MX và phương pháp thể hiện chúng phải tối ưu. Kinh nghiệm vận hành các SI khác nhau cho thấy rằng nên chuẩn hóa phức hợp MX, một mặt không được lớn lắm, mặt khác, mỗi MX được tiêu chuẩn hóa phải phản ánh các thuộc tính cụ thể của SI và, nếu cần. , có thể được kiểm soát.

Việc tiêu chuẩn hóa các dụng cụ đo MX phải được thực hiện trên cơ sở các tiền đề lý thuyết thống nhất. Điều này là do các dụng cụ đo dựa trên các nguyên tắc khác nhau có thể tham gia vào quá trình đo.

MX chuẩn hóa phải được thể hiện ở dạng sao cho với sự trợ giúp của chúng, có thể giải quyết hợp lý hầu hết mọi vấn đề đo lường, đồng thời việc điều khiển các dụng cụ đo để tuân thủ các đặc điểm này khá đơn giản.

MX chuẩn hóa phải cung cấp khả năng tích hợp thống kê và tổng hợp các thành phần của lỗi đo lường thiết bị.

Nói chung, nó có thể được định nghĩa là tổng (tổ hợp) của các thành phần lỗi sau:

0 (t), do sự khác biệt giữa hàm chuyển đổi thực tế trong điều kiện bình thường và hàm chuyển đổi danh nghĩa được các tài liệu liên quan ấn định cho loại SI này. Lỗi này được gọi là lỗi chính, gây ra bởi phản ứng của SI với những thay đổi về đại lượng ảnh hưởng bên ngoài và các thông số thông tin của tín hiệu đầu vào so với giá trị danh nghĩa của chúng. Lỗi này được gọi là bổ sung;

dyn, gây ra bởi phản ứng của SI với tốc độ (tần số) thay đổi của tín hiệu đầu vào. Thành phần này, được gọi là sai số động, phụ thuộc cả vào đặc tính động của thiết bị đo và vào phổ tần số của tín hiệu đầu vào;

int , gây ra bởi sự tương tác của dụng cụ đo với đối tượng đo hoặc với các dụng cụ đo khác được mắc nối tiếp với nó trong hệ thống đo. Sai số này phụ thuộc vào đặc tính các tham số của mạch SI đầu vào và mạch đầu ra của đối tượng đo.

Do đó, thành phần công cụ của sai số SI có thể được biểu diễn dưới dạng

trong đó * là ký hiệu cho sự kết hợp thống kê của các thành phần.

Hai thành phần đầu tiên biểu thị sai số tĩnh của SI và thành phần thứ ba là sai số động. Trong số này, chỉ có sai số chính được xác định bởi các tính chất của SI. Các lỗi bổ sung và lỗi động phụ thuộc cả vào các thuộc tính của chính SI và một số lý do khác ( điều kiện bên ngoài, thông số tín hiệu đo và vân vân.).

Các yêu cầu về tính phổ quát và đơn giản của việc kết hợp thống kê các thành phần của sai số công cụ xác định nhu cầu về tính độc lập thống kê của chúng - không tương quan. Tuy nhiên, giả định về tính độc lập của các thành phần này không phải lúc nào cũng đúng.

Việc tách sai số động của SI thành thành phần tổng chỉ được phép trong một trường hợp cụ thể nhưng rất phổ biến, khi SI có thể được coi là một liên kết động tuyến tính và khi sai số có giá trị rất nhỏ so với tín hiệu đầu ra. Một liên kết động được coi là tuyến tính nếu nó được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính với hệ số không đổi. Đối với SI, về cơ bản là các liên kết phi tuyến, việc tách các lỗi tĩnh và động thành các thành phần có thể tính tổng riêng biệt là không thể chấp nhận được.

MX chuẩn hóa phải bất biến với các điều kiện sử dụng và chế độ vận hành của SI và chỉ phản ánh các thuộc tính của nó.

Việc lựa chọn MX phải được thực hiện sao cho người dùng có
khả năng tính toán các đặc tính SI từ chúng trong điều kiện hoạt động thực tế.

MX được tiêu chuẩn hóa, được đưa ra trong tài liệu quy định và kỹ thuật, phản ánh các đặc tính không phải của một loại dụng cụ đo lường riêng lẻ mà của toàn bộ bộ dụng cụ đo lường thuộc loại này, I E. là danh nghĩa. Loại được hiểu là một tập hợp các dụng cụ đo có cùng mục đích, cùng cách bố trí, thiết kế và cùng thỏa mãn các yêu cầu quy định trong quy chuẩn kỹ thuật.

Các đặc tính đo lường của SI riêng lẻ thuộc loại này có thể nằm trong phạm vi giá trị MX danh nghĩa. Do đó, MX của dụng cụ đo loại này phải được mô tả như một quá trình ngẫu nhiên không cố định. Việc giải thích nghiêm ngặt về mặt toán học cho tình huống này đòi hỏi phải chuẩn hóa không chỉ các giới hạn của MX dưới dạng các biến ngẫu nhiên mà còn cả sự phụ thuộc thời gian của chúng (tức là các hàm tự tương quan). Điều này sẽ dẫn đến vô cùng hệ thống phức tạp việc phân chia khẩu phần và thực tế là không thể kiểm soát MX, vì trong trường hợp này, việc này sẽ phải được thực hiện theo những khoảng thời gian được xác định nghiêm ngặt. Kết quả là, một hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản hóa đã được áp dụng, mang lại sự dung hòa hợp lý giữa tính chặt chẽ về mặt toán học và tính đơn giản thực tế cần thiết. Trong hệ thống được áp dụng, những thay đổi tần số thấp trong các thành phần lỗi ngẫu nhiên, khoảng thời gian tương ứng với khoảng thời gian xác minh, không được tính đến khi chuẩn hóa MX. Họ xác định các chỉ số độ tin cậy của dụng cụ đo, xác định việc lựa chọn khoảng thời gian hiệu chuẩn hợp lý và các đặc điểm tương tự khác. Những thay đổi tần số cao trong các thành phần ngẫu nhiên của sai số, các khoảng tương quan tương ứng với khoảng thời gian của quá trình đo, phải được tính đến bằng cách chuẩn hóa, ví dụ, các hàm tự tương quan của chúng.

2.2 Phát triển các tổ hợp có đặc tính đo lường tiêu chuẩn

Sự đa dạng của các nhóm SI khiến cho việc điều chỉnh các tổ hợp MX cụ thể cho từng nhóm này trong một tài liệu quy định là không thể. Đồng thời, tất cả SI không thể được đặc trưng bởi một bộ MX chuẩn hóa duy nhất, ngay cả khi nó được trình bày ở dạng tổng quát nhất.

Đặc điểm chính của việc chia dụng cụ đo thành các nhóm là tính phổ biến của tổ hợp MX được tiêu chuẩn hóa cần thiết để xác định các thành phần dụng cụ đặc trưng của sai số đo. Trong trường hợp này, nên chia tất cả các dụng cụ đo thành ba nhóm lớn, được trình bày theo mức độ phức tạp của MX: 1) các biện pháp và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự; 2) dụng cụ đo và ghi; 3) bộ chuyển đổi đo tương tự và tương tự sang số.

Khi thiết lập một bộ MX tiêu chuẩn được thông qua mẫu tiếp theo thành phần công cụ của sai số đo:

ở đâu bằng ký hiệu<< * >> biểu thị sự kết hợp giữa sai số SI trong điều kiện sử dụng thực tế và thành phần lỗi int, gây ra bởi sự tương tác của SI với đối tượng đo. Bằng cách kết hợp, chúng tôi muốn nói đến việc áp dụng một số chức năng cho các thành phần, điều này cho phép chúng tôi tính toán lỗi do ảnh hưởng chung của chúng gây ra. Trong mỗi trường hợp, chức năng được xác định dựa trên các thuộc tính của SI cụ thể.

Toàn bộ dân số MX có thể được chia thành hai nhóm lớn. Trong phần đầu tiên, thành phần công cụ của lỗi được xác định bằng cách kết hợp thống kê các thành phần riêng lẻ của nó. Trong trường hợp này, khoảng tin cậy chứa sai số của thiết bị được xác định với xác suất tin cậy cho trước nhỏ hơn một. Đối với MX thuộc nhóm này, mô hình lỗi sau được áp dụng trong điều kiện ứng dụng thực tế (mô hình 1):

thành phần hệ thống ở đâu;

Thành phần ngẫu nhiên;

Thành phần ngẫu nhiên do trễ;

Tổng hợp các lỗi bổ sung;

Lỗi động;

L là số lượng sai số bổ sung, bằng tất cả các đại lượng ảnh hưởng đáng kể đến sai số trong điều kiện thực tế.

Tùy thuộc vào đặc tính của loại SI nhất định và điều kiện vận hành sử dụng nó, các thành phần riêng lẻ có thể bị thiếu.

Mô hình đầu tiên được chọn nếu chấp nhận rằng sai số đôi khi vượt quá giá trị được tính toán từ các đặc tính được tiêu chuẩn hóa. Trong trường hợp này, bằng cách sử dụng tổ hợp MX, có thể tính toán các đặc điểm điểm và khoảng trong đó thành phần công cụ của sai số đo được tìm thấy với bất kỳ xác suất tin cậy đã cho nào, gần bằng 1 nhưng nhỏ hơn nó.

Đối với nhóm MX thứ hai, việc tổng hợp thống kê các thành phần không được áp dụng. Các dụng cụ đo như vậy bao gồm các phương tiện trong phòng thí nghiệm, cũng như hầu hết các phương tiện tiêu chuẩn, việc sử dụng chúng không đòi hỏi phải quan sát lặp lại với kết quả trung bình. Lỗi nhạc cụ trong trong trường hợp nàyđược định nghĩa là tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của nó. Ước tính này đưa ra khoảng tin cậy với xác suất bằng một, là ước tính giới hạn trên của khoảng sai số mong muốn, bao gồm tất cả các giá trị có thể xảy ra, bao gồm cả các giá trị rất hiếm khi nhận ra. Điều này dẫn đến việc thắt chặt đáng kể các yêu cầu đối với MX, vốn chỉ có thể áp dụng cho các phép đo quan trọng nhất, chẳng hạn như các phép đo liên quan đến sức khỏe và tính mạng con người, với khả năng gây ra hậu quả thảm khốc do các phép đo không chính xác, v.v.

Tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của lỗi công cụ dẫn đến việc đưa vào phức hợp các giới hạn MX chuẩn hóa của lỗi cho phép chứ không phải các khoảnh khắc thống kê. Điều này cũng có thể chấp nhận được đối với các dụng cụ đo có không quá ba thành phần, mỗi thành phần được xác định bằng một MX tiêu chuẩn hóa riêng biệt. Trong trường hợp này, các ước tính tính toán về sai số công cụ thu được bằng cách kết hợp số học các giá trị lớn nhất của các thành phần của nó và tổng thống kê các đặc tính của các thành phần (với xác suất tuy nhỏ hơn nhưng khá gần với thống nhất), trên thực tế sẽ không khác nhau. Đối với trường hợp đang xem xét, lỗi SI mô hình 2:

Đây là lỗi chính của SI không chia thành các thành phần (không giống mô hình 1).

3. PHÁT TRIỂN PHƯƠNG TIỆN ĐO LƯỜNG

3.1 Phát triển độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo.

Mô hình 2 chỉ áp dụng cho những SI có thành phần ngẫu nhiên không đáng kể.

Vấn đề lựa chọn MX được quy định đầy đủ chi tiết trong GOST 8.009-84, trong đó cho thấy các đặc điểm cần được tiêu chuẩn hóa cho các nhóm SI nêu trên. Danh sách trên có thể được điều chỉnh cho một dụng cụ đo cụ thể, có tính đến các tính năng và điều kiện hoạt động của nó. Điều quan trọng cần lưu ý là không nên bình thường hóa những MX góp phần không đáng kể vào lỗi thiết bị so với những MX khác. Việc xác định xem một lỗi nhất định có quan trọng hay không được thực hiện trên cơ sở các tiêu chí trọng yếu được đưa ra trong GOST 8.009-84.

Trong quá trình vận hành, các đặc tính và thông số đo lường của thiết bị đo sẽ thay đổi. Những thay đổi này mang tính chất ngẫu nhiên, đơn điệu hoặc dao động và dẫn đến thất bại, tức là. SI không có khả năng thực hiện các chức năng của nó. Thất bại được chia thành phi đo lường và đo lường.

Phi đo lường là sự cố xảy ra do những nguyên nhân không liên quan đến sự thay đổi MX của dụng cụ đo. Chúng chủ yếu có tính chất rõ ràng, xuất hiện đột ngột và có thể bị phát hiện mà không cần xác minh.

Đo lường là sự cố do MX vượt quá giới hạn cho phép đã thiết lập. Như các nghiên cứu đã chỉ ra, những sai sót về đo lường xảy ra thường xuyên hơn nhiều so với những sai sót không liên quan đến đo lường. Điều này đòi hỏi phải phát triển các phương pháp đặc biệt để dự đoán và phát hiện chúng. Sự cố đo lường được chia thành đột ngột và từ từ.

Sự cố đột ngột là sự cố được đặc trưng bởi thay đổi đột ngột một hoặc nhiều MX. Những thất bại này, do tính chất ngẫu nhiên của chúng, nên không thể dự đoán trước được. Hậu quả của chúng (không đọc được, mất độ nhạy, v.v.) có thể dễ dàng được phát hiện trong quá trình vận hành thiết bị, tức là. bởi bản chất của sự biểu hiện của chúng, chúng là hiển nhiên. Đặc điểm của những hư hỏng đột ngột là cường độ của chúng không đổi theo thời gian. Điều này cho phép áp dụng lý thuyết độ tin cậy cổ điển để phân tích những sai sót này. Về vấn đề này, những thất bại thuộc loại này sẽ không được xem xét thêm.

Lỗi dần dần là lỗi được đặc trưng bởi sự thay đổi đơn điệu ở một hoặc nhiều MX. Theo bản chất biểu hiện của chúng, các hư hỏng dần dần được ẩn giấu và chỉ có thể được phát hiện dựa trên kết quả giám sát định kỳ của các dụng cụ đo. Sau đây, những loại lỗi này sẽ được xem xét.

Khái niệm về khả năng sử dụng đo lường của một phương tiện đo có liên quan chặt chẽ với khái niệm “hư hỏng đo lường”. Nó đề cập đến trạng thái của SI trong đó tất cả MX được tiêu chuẩn hóa đều tương ứng với các yêu cầu đã thiết lập. Khả năng bảo quản của SI đặt giá trịđặc tính đo lường trong một thời gian nhất định tại chế độ nhất định và điều kiện vận hành được gọi là độ tin cậy đo lường. Tính đặc thù của vấn đề về độ tin cậy đo lường là đối với nó, quan điểm chính của lý thuyết độ tin cậy cổ điển về tính không đổi của tỷ lệ sai sót theo thời gian hóa ra là trái pháp luật. Lý thuyết độ tin cậy hiện đại tập trung vào các sản phẩm có hai trạng thái đặc trưng: hoạt động và không hoạt động. Sự thay đổi dần dần trong sai số SI giúp có thể đưa ra nhiều trạng thái hoạt động như mong muốn với cấp độ khác nhau hiệu suất vận hành, được xác định bằng mức độ sai số gần đúng với giá trị giới hạn cho phép.

Khái niệm sai sót đo lường ở một mức độ nhất định có điều kiện, vì nó được xác định bởi dung sai MX, nhìn chung có thể thay đổi tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể. Điều quan trọng là phải ghi lại những gì thời gian chính xác Việc xảy ra sai sót đo lường do bản chất tiềm ẩn của biểu hiện của nó là không thể xảy ra, trong khi sai sót hiển nhiên mà lý thuyết cổ điển về độ tin cậy đề cập đến có thể được phát hiện tại thời điểm chúng xảy ra. Tất cả điều này đòi hỏi phải phát triển các phương pháp đặc biệt để phân tích độ tin cậy đo lường của SI.

Độ tin cậy của dụng cụ đo đặc trưng cho hoạt động của nó theo thời gian và là một khái niệm tổng quát bao gồm độ ổn định, độ tin cậy, độ bền, khả năng bảo trì (đối với các dụng cụ đo có thể phục hồi) và khả năng bảo quản.

Độ ổn định của SI là một đặc tính định tính phản ánh tính ổn định của MX của nó theo thời gian. Nó được mô tả bởi sự phụ thuộc thời gian của các tham số của luật phân bố sai số. Độ tin cậy và độ ổn định đo lường là các đặc tính khác nhau của cùng một quá trình lão hóa SI. Sự ổn định mang lại thêm thông tin về tính không đổi của các đặc tính đo lường của dụng cụ đo. Có thể nói đây là tài sản “nội bộ” của nó. Ngược lại, độ tin cậy là một thuộc tính “bên ngoài”, vì nó phụ thuộc cả vào độ ổn định, độ chính xác của phép đo cũng như giá trị của dung sai được sử dụng.

Độ tin cậy là đặc tính của SI để liên tục duy trì trạng thái hoạt động trong một thời gian. Nó được đặc trưng bởi hai trạng thái: hoạt động và không hoạt động. Tuy nhiên, đối với các hệ thống đo phức tạp cũng có thể có số lớn hơn các trạng thái, vì không phải mọi lỗi đều dẫn đến việc chúng ngừng hoạt động hoàn toàn. Lỗi là một sự kiện ngẫu nhiên liên quan đến sự gián đoạn hoặc ngừng hoạt động của SI. Điều này xác định tính chất ngẫu nhiên của các chỉ báo không có lỗi, trong đó chỉ báo chính là sự phân bổ thời gian hoạt động không có lỗi của SI.

Độ bền là đặc tính của SI để duy trì trạng thái hoạt động cho đến khi xảy ra trạng thái giới hạn. Trạng thái hoạt động là trạng thái của SI trong đó tất cả MX của nó tương ứng với các giá trị chuẩn hóa. Trạng thái giới hạn là trạng thái của SI mà việc sử dụng nó là không thể chấp nhận được.

Sau sai sót về đo lường, các đặc tính SI có thể được đưa trở lại phạm vi chấp nhận được thông qua các điều chỉnh thích hợp. Quá trình thực hiện điều chỉnh có thể kéo dài nhiều hay ít tùy thuộc vào bản chất của sai sót đo lường, thiết kế của dụng cụ đo và một số lý do khác. Do đó, khái niệm “khả năng bảo trì” đã được đưa vào đặc tính độ tin cậy. Khả năng bảo trì là một đặc tính của thiết bị đo, bao gồm khả năng thích ứng của nó trong việc ngăn ngừa và phát hiện nguyên nhân hư hỏng, khôi phục và bảo trì thiết bị. điều kiện làm việc qua BẢO TRÌ và sửa chữa. Nó được đặc trưng bởi việc tiêu tốn thời gian và tiền bạc để khôi phục dụng cụ đo sau sự cố đo lường và duy trì nó trong tình trạng hoạt động.

Như được trình bày bên dưới, quá trình thay đổi MX diễn ra liên tục, bất kể SI đang được sử dụng hay được lưu trữ trong kho. Đặc tính của SI duy trì các giá trị của các chỉ số về độ tin cậy, độ bền và khả năng bảo trì trong và sau khi bảo quản và vận chuyển được gọi là tính bền vững của nó.

3.2 Những thay đổi về đặc tính đo lường của phương tiện

đo trong quá trình vận hành

Các đặc tính đo lường của SI có thể thay đổi trong quá trình vận hành. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ nói về những thay đổi trong lỗi (t), ngụ ý rằng thay vào đó, bất kỳ MX nào khác cũng có thể được xem xét theo cách tương tự.

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các thành phần lỗi đều có thể thay đổi theo thời gian. Ví dụ, sai số về phương pháp chỉ phụ thuộc vào kỹ thuật đo lường được sử dụng. Trong số các lỗi công cụ, có nhiều thành phần thực tế không bị lão hóa, ví dụ như kích thước của lượng tử trong thiết bị kỹ thuật số và lỗi lượng tử hóa được xác định bởi nó.

Sự thay đổi MX của các thiết bị đo theo thời gian là do quá trình lão hóa ở các nút và phần tử của nó do tương tác với bên ngoài. môi trường. Các quá trình này xảy ra chủ yếu ở cấp độ phân tử và không phụ thuộc vào việc thiết bị đo đang hoạt động hay được lưu trữ để bảo quản. Do đó, yếu tố chính quyết định sự lão hóa của dụng cụ đo là thời gian đã trôi qua kể từ khi chúng được sản xuất, tức là. tuổi. Tốc độ lão hóa phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu và công nghệ được sử dụng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các quá trình không thể đảo ngược làm thay đổi lỗi xảy ra rất chậm và trong hầu hết các trường hợp, không thể ghi lại những thay đổi này trong quá trình thử nghiệm. Về vấn đề này, các phương pháp toán học khác nhau có tầm quan trọng lớn, trên cơ sở đó xây dựng các mô hình thay đổi sai số và dự đoán các sai sót về đo lường.

Vấn đề được giải quyết khi xác định độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo là tìm ra những thay đổi ban đầu trong MX và xây dựng mô hình toán học ngoại suy kết quả thu được trong một khoảng thời gian lớn. Vì sự thay đổi của MX theo thời gian là một quá trình ngẫu nhiên nên công cụ xây dựng chính mô hình toán học là lý thuyết về các quá trình ngẫu nhiên.

Sự thay đổi sai số SI theo thời gian là một quá trình ngẫu nhiên không cố định. Nhiều cách triển khai của nó được hiển thị trong Hình 1 dưới dạng đường cong mô đun sai số. Tại mỗi thời điểm t, chúng được đặc trưng bởi một quy luật phân bố mật độ xác suất nhất định p(, t i) (đường cong 1 và 2 trong Hình 2a). Ở trung tâm của dải (đường cong cp (t)), mật độ sai số cao nhất được quan sát thấy, mật độ sai số này giảm dần về phía ranh giới của dải, về mặt lý thuyết có xu hướng bằng 0 ở khoảng cách vô hạn tính từ tâm. Ở phia trên va Giơi hạn dươi Các thanh lỗi SI chỉ có thể được trình bày dưới dạng một số ranh giới lượng tử, trong đó chứa hầu hết các lỗi, được nhận ra với xác suất tin cậy P. Bên ngoài ranh giới có xác suất (1 - P)/2 có các lỗi ở xa nhất từ trung tâm của việc thực hiện.

Để áp dụng mô tả lượng tử về ranh giới của dải lỗi trong mỗi phần ti của nó, cần phải biết các ước tính của kỳ vọng toán học cp (t i) và độ lệch chuẩn của từng triển khai riêng lẻ. Giá trị sai số tại các biên trong mỗi đoạn t i bằng

r(t i) = cp(t) ± k(t i),

trong đó k là hệ số lượng tử tương ứng với xác suất tin cậy P cho trước, giá trị của nó phụ thuộc đáng kể vào loại luật phân phối sai số giữa các phần. Thực tế không thể xác định loại định luật này khi nghiên cứu các quá trình lão hóa SR. Điều này là do thực tế là luật phân phối có thể trải qua những thay đổi đáng kể theo thời gian.

Sai lỗi đo lường xảy ra khi đường cong đường thẳng giao nhau ± v.v. Sai lỗi có thể xảy ra ở nhiều thời điểm khác nhau trong khoảng từ t min đến t max (xem Hình 2, a) và các điểm này là giao điểm của 5% và 95% lượng tử với dòng giá trị cho phép lỗi. Khi đường cong (t) đạt đến giới hạn cho phép, 5% thiết bị gặp lỗi đo lường. Sự phân bố mômen xảy ra các hư hỏng như vậy sẽ được đặc trưng bởi mật độ xác suất p H (t), được thể hiện trên Hình 2, b. Do đó, với tư cách là một mô hình của quá trình thay đổi ngẫu nhiên không dừng theo thời gian của mô-đun lỗi SI, nên sử dụng sự phụ thuộc của sự thay đổi theo thời gian của lượng tử 95% của quá trình này.

Các chỉ số về độ chính xác, độ tin cậy đo lường và độ ổn định của SI tương ứng với các chức năng khác nhau được xây dựng trên quỹ đạo thay đổi trong MX (t) của nó. Độ chính xác của SI được đặc trưng bởi giá trị MX tại thời điểm đang xem xét và đối với bộ dụng cụ đo - bằng sự phân bố của các giá trị này, được biểu thị bằng đường cong 1 cho thời điểm ban đầu và đường cong 2 cho thời điểm t. Độ tin cậy đo lường được đặc trưng bởi sự phân bố thời gian xảy ra sai sót đo lường (xem Hình 2,b). Độ ổn định SI được đặc trưng bởi sự phân bố các bước tăng MX trong một thời gian nhất định.

3.3 Phát triển mô hình tiêu chuẩn hóa đo lường

đặc trưng

Hệ thống tiêu chuẩn hóa MX dựa trên nguyên tắc về tính thỏa đáng của ước tính sai số đo lường và giá trị thực của nó, với điều kiện là ước tính thực sự được tìm thấy là ước tính “từ phía trên”. Điều kiện cuối cùng được giải thích là do ước tính “từ bên dưới” luôn nguy hiểm hơn, vì nó dẫn đến thiệt hại lớn hơn từ thông tin đo lường không đáng tin cậy.

Cách tiếp cận này khá dễ hiểu, có tính đến việc không thể chuẩn hóa chính xác MX do có nhiều yếu tố ảnh hưởng không được tính đến (do sự thiếu hiểu biết và thiếu công cụ để xác định chúng). Vì vậy, việc phân chia khẩu phần ở một mức độ nào đó là một hành động ý chí khi đạt được sự thỏa hiệp giữa mong muốn mô tả đầy đủđặc tính đo lường và khả năng thực hiện điều này trong điều kiện thực tế với các giới hạn lý thuyết và thực nghiệm đã biết cũng như các yêu cầu về tính đơn giản và rõ ràng của các phương pháp kỹ thuật. Nói cách khác, phương pháp phức tạp Mô tả và chuẩn hóa MX không khả thi

Người tiêu dùng nhận được thông tin về MX tiêu chuẩn từ tài liệu kỹ thuật trên SI và chỉ trong những trường hợp cực kỳ hiếm, đặc biệt mới thực hiện độc lập nghiên cứu thực nghiệmđặc điểm riêng của SI. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải biết mối quan hệ giữa MX SI và sai số đo lường của thiết bị. Điều này sẽ cho phép, khi biết một MX SI phức tạp, có thể trực tiếp tìm ra lỗi đo lường, loại bỏ một trong những lỗi tốn nhiều công sức nhất và nhiệm vụ phức tạp tổng hợp các thành phần của sai số đo tổng. Tuy nhiên, điều này bị cản trở bởi một trường hợp nữa - sự khác biệt giữa MX của một SI cụ thể và các đặc tính đo lường của nhiều SI tương tự. Ví dụ, lỗi hệ thống của một SI nhất định là một đại lượng xác định và đối với một tập hợp SI thì đó là một đại lượng ngẫu nhiên. Tổ hợp NMX phải được cài đặt dựa trên yêu cầu điều kiện thực tế vận hành các dụng cụ đo cụ thể. Trên cơ sở này, nên chia tất cả SI thành hai loại chức năng. Đối với nhóm SI thứ nhất và thứ ba, các đặc tính tương tác với các thiết bị được kết nối với đầu vào và đầu ra của SI và các tham số không mang tính thông tin của tín hiệu đầu ra phải được chuẩn hóa. Ngoài ra, đối với nhóm thứ ba, hàm biến đổi danh nghĩa f nom (x) phải được chuẩn hóa (trong SI của nhóm thứ hai, nó sẽ được thay thế bằng thang đo hoặc thiết bị đọc đã hiệu chỉnh khác) và có đầy đủ các đặc tính động. Các đặc tính được chỉ định cho SI của nhóm thứ hai không có ý nghĩa, ngoại trừ các thiết bị ghi được khuyến khích chuẩn hóa các đặc tính động học hoàn chỉnh hoặc một phần

Các hình thức phổ biến nhất để ghi lại lớp chính xác CSI là:

trong đó c và d là các hệ số không đổi theo công thức (3.6); x k - giá trị cuối cùng của dải đo; x - giá trị hiện tại;

trong đó b= d; a = c-b;

3) ký hiệu tượng trưng, đặc trưng của CRC nước ngoài,

op = ± ,

GOST 8.009 - 84 cung cấp hai mô hình chính (Ml và MP) để hình thành phức hợp NMX, tương ứng với hai mô hình xuất hiện lỗi SI, dựa trên sự kết hợp thống kê của các lỗi này.

Mô hình này có thể áp dụng cho SI, thành phần sai số ngẫu nhiên của nó có thể bỏ qua. Mô hình này bao gồm việc tính toán các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của sai số SI để đảm bảo xác suất P = 1 ngăn ngừa sai số SI vượt quá giới hạn tính toán. Model II được sử dụng cho các phép đo quan trọng nhất liên quan đến việc tính đến các yếu tố kỹ thuật và kinh tế, hậu quả thảm khốc có thể xảy ra, các mối đe dọa đối với sức khỏe con người, v.v. Khi số lượng thành phần vượt quá ba, Mô hình nàyđưa ra kết quả khó hơn (do bao gồm các thành phần hiếm khi xảy ra), nhưng ước tính đáng tin cậy “từ phía trên” của sai số SI chính.

Mô hình 1 đưa ra ước tính hợp lý về sai số SI chính với xác suất P<1 из-за пренебрежения редко реализующимися составляющими погрешности.

Do đó, tổ hợp NMX cho các mô hình lỗi I và II cung cấp sự tích hợp thống kê của các thành phần lỗi riêng lẻ, có tính đến tầm quan trọng của chúng.

Tuy nhiên, đối với một số SI, việc thống nhất thống kê như vậy là không thực tế. Đây là các dụng cụ đo công nghiệp (trong quy trình công nghệ) chính xác trong phòng thí nghiệm để đo các quá trình thay đổi chậm trong các điều kiện gần với các dụng cụ đo mẫu thông thường, khi sử dụng, không thực hiện quan sát lặp lại với giá trị trung bình. Trong các công cụ như vậy, sai số chính hoặc tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần lỗi riêng lẻ có thể được coi là công cụ (mô hình III).

Có thể tính tổng số học các giá trị lớn nhất của các thành phần lỗi nếu số lượng thành phần đó không quá ba. Trong trường hợp này, việc ước tính tổng sai số của thiết bị trên thực tế sẽ không khác với tổng thống kê.

4. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU

Tín hiệu là vật mang thông tin vật chất đại diện cho một quá trình vật lý nhất định, một trong các tham số của quá trình đó có liên quan về mặt chức năng với đại lượng vật lý được đo. Tham số này được gọi là thông tin.

Tín hiệu đo là tín hiệu chứa thông tin định lượng về đại lượng vật lý được đo. Các khái niệm, thuật ngữ và định nghĩa cơ bản trong lĩnh vực đo tín hiệu được thiết lập theo GOST 16465 70 "Tín hiệu vô tuyến. Thuật ngữ và định nghĩa". Các tín hiệu đo rất đa dạng. Phân loại của chúng theo các tiêu chí khác nhau được thể hiện trong Hình 3.

Dựa trên bản chất của việc đo các thông số thông tin và thời gian, tín hiệu đo được chia thành tín hiệu tương tự, tín hiệu rời rạc và tín hiệu số.

Tín hiệu tương tự là tín hiệu được mô tả bởi hàm liên tục hoặc hàm liên tục từng phần Y a (t) và cả hàm này và đối số t của nó có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong các khoảng Y nhất định<=(Y min ; Y max) и t6(t mjn ; t max)

Tín hiệu rời rạc là tín hiệu thay đổi một cách rời rạc theo thời gian hoặc mức độ. Trong trường hợp đầu tiên, có thể lấy nT tại các thời điểm riêng biệt, trong đó T = const - khoảng thời gian lấy mẫu (chu kỳ), n = 0; 1; 2;. số nguyên, bất kỳ giá trị Y JI (nT)e(Y min ; Y max), được gọi là mẫu hoặc mẫu. Những tín hiệu như vậy được mô tả bằng các hàm mạng. Trong trường hợp thứ hai, các giá trị của tín hiệu Y a (t) tồn tại bất cứ lúc nào te(t niin ; t max), nhưng chúng có thể có một phạm vi giá trị giới hạn h ; =nq, bội số của lượng tử q.

Tín hiệu số là tín hiệu lượng tử hóa theo mức và tín hiệu rời rạc theo thời gian Y u (nT), được mô tả bằng các hàm mạng lượng tử hóa (chuỗi lượng tử hóa), tại các thời điểm rời rạc PT chỉ chấp nhận một chuỗi hữu hạn các giá trị rời rạc của các mức lượng tử hóa h 1, h 2,., h n

Theo tính chất thay đổi theo thời gian, tín hiệu được chia thành các hằng số có giá trị không thay đổi theo thời gian và các biến có giá trị thay đổi theo thời gian. Tín hiệu không đổi là loại tín hiệu đo đơn giản nhất.

Các tín hiệu thay đổi có thể liên tục theo thời gian hoặc dạng xung. Tín hiệu có tham số thay đổi liên tục được gọi là tín hiệu liên tục. Tín hiệu xung là tín hiệu có năng lượng hữu hạn, khác biệt đáng kể so với 0 trong một khoảng thời gian giới hạn tương ứng với thời gian hoàn thành quá trình nhất thời trong hệ thống mà tín hiệu này tác động lên.

Theo mức độ sẵn có của thông tin tiên nghiệm, các tín hiệu đo lường thay đổi được chia thành xác định, gần như xác định và ngẫu nhiên. Tín hiệu xác định là tín hiệu có quy luật thay đổi đã biết và mô hình không chứa các tham số chưa biết. Các giá trị tức thời của tín hiệu xác định được biết bất cứ lúc nào. Các tín hiệu ở đầu ra của thước đo có tính xác định (với mức độ chính xác nhất định). Ví dụ: tín hiệu đầu ra của máy phát sóng hình sin tần số thấp được đặc trưng bởi các giá trị biên độ và tần số được đặt trên các bộ điều khiển của nó. Các lỗi trong việc thiết lập các tham số này được xác định bởi các đặc tính đo lường của máy phát.

Tín hiệu gần như xác định là tín hiệu có bản chất thay đổi một phần được biết đến theo thời gian, tức là với một hoặc nhiều tham số chưa biết. Chúng thú vị nhất từ quan điểm đo lường. Phần lớn các tín hiệu đo lường là gần như xác định.

Các tín hiệu xác định và gần như xác định được chia thành cơ bản, được mô tả bằng các công thức toán học đơn giản và phức tạp. Tín hiệu cơ bản bao gồm tín hiệu không đổi và tín hiệu hài, cũng như các tín hiệu được mô tả bởi hàm đơn vị và hàm delta.

Tín hiệu có thể là định kỳ hoặc không định kỳ. Tín hiệu không định kỳ được chia thành gần như định kỳ và nhất thời. Gần như định kỳ là tín hiệu có giá trị gần như lặp lại khi một số khoảng thời gian gần như được chọn đúng được thêm vào đối số thời gian. Tín hiệu định kỳ là trường hợp đặc biệt của tín hiệu đó. Hầu hết các hàm tuần hoàn thu được bằng cách cộng các hàm tuần hoàn với các chu kỳ vô tỉ, ví dụ Y(t) sin(cot) - sin(V2(0t).

Một tín hiệu được gọi là định kỳ, các giá trị tức thời của nó được lặp lại trong một khoảng thời gian không đổi. Chu kỳ T của tín hiệu là một tham số bằng khoảng thời gian nhỏ nhất đó. Tần số f của tín hiệu tuần hoàn là nghịch đảo của chu kỳ.

Một tín hiệu định kỳ được đặc trưng bởi một phổ. Có ba loại quang phổ:

* hàm phức tạp của một đối số rời rạc là bội số của một số nguyên các giá trị tần số f của tín hiệu định kỳ Y(t)

* biên độ - một hàm của một đối số rời rạc, là mô-đun của phổ phức tạp của tín hiệu định kỳ

* pha - một hàm của một đối số rời rạc, là một đối số của phổ phức của tín hiệu định kỳ

Theo định nghĩa, một hệ thống đo lường được thiết kế để nhận biết, xử lý và lưu trữ thông tin đo lường trong trường hợp chung là các đại lượng vật lý không đồng nhất thông qua các kênh đo (IC) khác nhau. Do đó, việc tính toán sai số của một hệ thống đo lường liên quan đến việc ước tính sai số của các kênh riêng lẻ của nó.

Sai số tương đối của IR sẽ bằng

trong đó x là giá trị hiện tại của giá trị đo được;

x P - giới hạn của phạm vi đo kênh nhất định tại đó sai số tương đối là nhỏ nhất;

Sai số tương đối được tính lần lượt ở đầu và cuối phạm vi.

IR - một chuỗi các liên kết nhận biết, chuyển đổi và ghi lại khác nhau

5. Phát triển kênh

5.1 Phát triển mô hình kênh

Trong các kênh truyền dữ liệu thực, tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu phức tạp và gần như không thể đưa ra mô tả toán học về tín hiệu nhận được. Vì vậy, khi nghiên cứu việc truyền tín hiệu qua các kênh người ta sử dụng mô hình lý tưởng hóa của các kênh này. Mô hình kênh truyền dữ liệu được hiểu là mô tả kênh cho phép người ta tính toán hoặc đánh giá các đặc tính của nó, trên cơ sở đó người ta có thể khám phá nhiều cách khác nhau để xây dựng hệ thống truyền thông mà không cần dữ liệu thử nghiệm trực tiếp.

Mô hình của kênh liên tục được gọi là kênh Gaussian. Nhiễu trong đó có tính chất cộng thêm và thể hiện một quá trình chuẩn ergodic với kỳ vọng toán học bằng 0. Kênh Gaussian chỉ phản ánh khá tốt kênh có nhiễu dao động. Đối với nhiễu nhân lên, mô hình kênh có phân bố Rayleigh được sử dụng. Đối với nhiễu xung, một kênh có phân bố hyperbol được sử dụng.

Mô hình kênh rời rạc trùng với mô hình nguồn lỗi.

Một số mô hình toán học về phân bố lỗi trong các kênh truyền thông thực tế đã được đưa ra như Hilbert, Mertz, Maldenbrot, v.v..

5.2 Phát triển mô hình kênh đo

Trước đây, thiết bị đo được thiết kế và chế tạo chủ yếu dưới dạng dụng cụ riêng biệt được thiết kế để đo một hoặc một số đại lượng vật lý. Hiện nay, việc tiến hành các thí nghiệm khoa học, tự động hóa các quy trình sản xuất, kiểm soát và chẩn đoán phức tạp là không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng hệ thống thông tin đo lường (MIS) cho nhiều mục đích khác nhau, giúp có thể tự động lấy thông tin cần thiết trực tiếp từ đối tượng được nghiên cứu, xử lý. nó và phát hành nó theo mẫu được yêu cầu. Các hệ thống đo lường chuyên dụng đang được phát triển cho hầu hết các lĩnh vực khoa học và công nghệ.

Khi thiết kế IIS theo các đặc tính kỹ thuật và vận hành nhất định, một nhiệm vụ phát sinh liên quan đến việc lựa chọn cấu trúc hợp lý và một bộ phương tiện kỹ thuật để xây dựng nó. Cấu trúc của hệ thống thông tin chủ yếu được xác định bởi phương pháp đo lường làm cơ sở cho nó cũng như số lượng và loại phương tiện kỹ thuật theo quy trình thông tin diễn ra trong hệ thống. Việc đánh giá bản chất của quy trình thông tin và các loại chuyển đổi thông tin có thể được thực hiện dựa trên phân tích mô hình thông tin hệ thống thông tin, nhưng việc xây dựng nó là một quá trình khá tốn nhiều công sức và bản thân mô hình này phức tạp đến mức khiến nó trở nên phức tạp. khó khăn để giải quyết vấn đề.

Do thực tế là ở thế hệ thứ ba, việc xử lý thông tin IMS được thực hiện chủ yếu bởi các máy tính phổ thông, là thành phần cấu trúc của IMS và khi thiết kế IMS, chúng được chọn từ một số lượng hạn chế các máy tính nối tiếp, mô hình thông tin của IMS có thể được đơn giản hóa bằng cách rút gọn nó thành mô hình kênh đo (MC). ). Tất cả các kênh đo lường của IIS, bao gồm các yếu tố của quy trình thông tin, từ việc nhận thông tin từ đối tượng nghiên cứu hoặc điều khiển đến hiển thị hoặc xử lý và lưu trữ, đều chứa một số loại hạn chế nhất định.

sự biến đổi của thông tin. Bằng cách kết hợp tất cả các loại chuyển đổi thông tin trong một kênh đo và cách ly kênh sau với IMS, đồng thời lưu ý rằng tín hiệu tương tự luôn hoạt động ở đầu vào của hệ thống đo, chúng tôi thu được hai mô hình kênh đo trực tiếp (Hình 2). 4a) và các phép biến đổi ngược (Hình 4b) ) của thông tin đo lường.

Trên các mô hình, tại các nút 0 - 4, thông tin được chuyển đổi. Các mũi tên chỉ hướng của luồng thông tin và ký hiệu chữ cái của chúng chỉ ra loại chuyển đổi.

Nút 0 là đầu ra của đối tượng nghiên cứu hoặc điều khiển, trên đó thông tin tương tự A được tạo ra, xác định trạng thái của đối tượng. Thông tin A đến nút 1, tại đó nó được chuyển đổi sang dạng An để chuyển đổi tiếp theo trong hệ thống. Trong nút 1, có thể thực hiện chuyển đổi sóng mang thông tin phi điện thành sóng mang thông tin điện, khuếch đại, chia tỷ lệ, tuyến tính hóa, v.v., tức là chuẩn hóa các tham số của sóng mang thông tin A.

Ở nút 2, sóng mang thông tin chuẩn hóa A™ để truyền qua đường truyền thông được điều chế và cung cấp dưới dạng tín hiệu A n hoặc tín hiệu D m rời rạc.

Thông tin tương tự A n trong nút 3 được giải điều chế và gửi đến nút 4, nơi nó được đo và hiển thị.

Hình 4 Mô hình kênh đo các phép biến đổi thông tin đo trực tiếp (a) và ngược (b)

Thông tin rời rạc trong nút Z 1 hoặc được chuyển đổi thành thông tin tương tự A n và đi vào nút 4 1, hoặc sau khi chuyển đổi kỹ thuật số, nó được gửi đến thiết bị hiển thị thông tin kỹ thuật số hoặc tới thiết bị xử lý nó.

Trong một số IC, sóng mang thông tin chuẩn hóa A từ nút 1 ngay lập tức chuyển đến nút 4 1 để đo và hiển thị. Trong các IC khác, thông tin tương tự A, không có thao tác chuẩn hóa, sẽ ngay lập tức đi vào nút 2, nơi nó được lấy mẫu.

Do đó, mô hình thông tin (Hình 4a) có sáu nhánh qua đó các luồng thông tin được truyền đi: analog 0-1-2-3 1 -4 1 và 0-1-4 1 và analog-rời rạc 0-1-2-3 2 -4 1 , 0-1-2-3 2 -4 2 và 0-2-З 2 -4 1 , 0-2-3 2 -4 2 . Nhánh 0-l-4 1 không được sử dụng khi xây dựng các kênh đo của IMS mà chỉ được sử dụng trong các thiết bị đo tự động và do đó không được hiển thị trong Hình 4a.

Mô hình trong Hình 4 b khác với mô hình trong Hình 4 a chỉ ở chỗ có các nhánh 3 2 -1"-0, 3 1 -1"-0, 3 2 -1"-1 và 3 1 - 1"- 1, qua đó thực hiện việc truyền ngược* của sóng mang thông tin tương tự A n. Tại nút 1, sóng mang thông tin rời rạc đầu ra A l được chuyển đổi thành tín hiệu đồng nhất với sóng mang thông tin đầu vào A hoặc sóng mang thông tin chuẩn hóa A n tín hiệu A. Việc bồi thường có thể được thực hiện theo cả A và A n.

Phân tích các mô hình thông tin của các kênh đo của IMS cho thấy khi xây dựng chúng theo phương pháp chuyển đổi trực tiếp chỉ có thể thực hiện được 5 biến thể cấu trúc và khi sử dụng phương pháp đo với chuyển đổi thông tin nghịch đảo (bù) 20.

Trong hầu hết các trường hợp (đặc biệt là khi xây dựng IIS cho các đối tượng ở xa), mô hình thông tin tổng quát của IC IIS có dạng như trong Hình 4a. Các nhánh rời rạc tương tự 0-1-2-3 2 -4 2 và 0- 2-3 2 là phổ biến nhất -4 2 . Có thể thấy, đối với các nhánh được chỉ định, số cấp độ chuyển đổi thông tin thành IC không vượt quá ba.

Vì các nút chứa các phương tiện kỹ thuật biến đổi thông tin, có tính đến số lượng cấp độ chuyển đổi hạn chế nên chúng có thể được kết hợp thành ba nhóm. Điều này sẽ cho phép, khi phát triển IC IIS, chọn các phương tiện kỹ thuật cần thiết để triển khai một cấu trúc cụ thể. Nhóm phương tiện kỹ thuật của nút 1 bao gồm toàn bộ bộ đầu dò đo chính, cũng như các đầu dò đo lường (chuẩn hóa) thống nhất (UMT) thực hiện chia tỷ lệ, tuyến tính hóa, chuyển đổi nguồn, v.v.; khối hình thành bài kiểm tra và các biện pháp mẫu mực.

Tại nút 2, nếu có các nhánh tương tự-rời rạc thì còn có một nhóm thiết bị đo khác: bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC), công tắc (CM), dùng để kết nối nguồn thông tin tương ứng với IR hoặc thiết bị xử lý , cũng như các kênh truyền thông (CC).

Nhóm thứ ba (nút 3) kết hợp các bộ chuyển đổi mã (PC), bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) và các đường trễ (DL).

Cấu trúc IC đã cho, thực hiện phương pháp đo trực tiếp, được hiển thị mà không có phần tử chuyển mạch và các kết nối ADC điều khiển hoạt động. Nó là tiêu chuẩn và hầu hết IMS đa kênh đều được xây dựng trên cơ sở của nó, đặc biệt là IMS tầm xa.

Điều đáng quan tâm là các phương pháp tính IC cho các mô hình thông tin khác nhau đã thảo luận ở trên. Một phép tính toán học nghiêm ngặt là không thể, nhưng bằng cách sử dụng các phương pháp tiếp cận đơn giản để xác định các thành phần của sai số thu được, các tham số và luật phân phối, xác định giá trị của xác suất tin cậy và tính đến mối tương quan giữa chúng, có thể tạo và tính toán một mô hình toán học đơn giản của một kênh đo thực. Các ví dụ về tính toán sai số của các kênh bằng đầu ghi analog và kỹ thuật số được xem xét trong tác phẩm của P.V. Novitsky.

VĂN HỌC

1. V. M. Pestrikov Thợ điện gia đình và hơn thế nữa... Ed. Nit. - tái bản lần thứ 4

2. AG Sergeev, V.V. Krokhin. Đo lường, ồ. sổ tay, Moscow, Logos, 2000

3. Goryacheva G. A., Dobromyslov E. R. Tụ điện: Sổ tay. - M.: Đài phát thanh và truyền thông, 1984

4. Rannev G. G. Phương pháp và dụng cụ đo: M.: Trung tâm xuất bản "Học viện", 2003

5. http://www.biolock.ru

6. Kalashnikov V.I., Nefedov S.V., Putilin A.B. Thiết bị và công nghệ đo lường thông tin: sách giáo khoa. cho các trường đại học. - M.: Cao hơn. trường học, 2002

Tài liệu tương tự

Mô tả nguyên lý hoạt động của cảm biến analog và lựa chọn model của nó. Lựa chọn và tính toán bộ khuếch đại thuật toán. Nguyên lý hoạt động và lựa chọn vi mạch chuyển đổi tương tự sang số. Phát triển thuật toán chương trình. Mô tả và thực hiện giao diện đầu ra.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 04/02/2014

Chuẩn bị tín hiệu tương tự để xử lý kỹ thuật số. Tính toán mật độ phổ của tín hiệu tương tự. Đặc điểm tổng hợp bộ lọc số dựa trên bộ lọc nguyên mẫu tương tự nhất định. Tính toán và xây dựng đặc tính thời gian của bộ lọc tương tự.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 02/11/2011

Tính toán đặc tính bộ lọc trong miền thời gian và tần số sử dụng biến đổi Fourier nhanh, tín hiệu đầu ra trong miền thời gian và tần số sử dụng biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo; xác định công suất nhiễu của chính bộ lọc.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 28/10/2011

Phát triển bộ chuyển đổi tương tự sang số và bộ lọc thông thấp hoạt động. Lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa như các quá trình chuyển đổi tín hiệu cho phần vi xử lý. Thuật toán hoạt động của thiết bị và mạch điện của nó.

tóm tắt, được thêm vào ngày 29/01/2011

Thông số luồng kỹ thuật số 4:2:2. Phát triển sơ đồ mạch. Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, bộ lọc thông thấp, bộ khuếch đại tín hiệu analog, tầng đầu ra, bộ mã hóa PAL. Phát triển cấu trúc liên kết PCB.

luận văn, bổ sung 19/10/2015

Thuật toán tính toán bộ lọc trong miền thời gian và tần số bằng cách sử dụng biến đổi Fourier nhanh rời rạc (FFT) và biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo (IFFT). Tính toán tín hiệu đầu ra và công suất nhiễu vốn có của bộ lọc tổng hợp.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 26/12/2011

Phân loại các bộ lọc theo loại đặc tính biên độ-tần số của chúng. Xây dựng sơ đồ các đơn vị chức năng. Tính toán bộ lọc điện từ để tách chùm electron. Xác định điện trở hoạt động của bộ chỉnh lưu và pha diode.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 11/12/2012

Xây dựng sơ đồ khối các thiết bị phát và thu của hệ thống truyền dẫn thông tin đa kênh với PCM; tính toán các thông số thời gian và tần số cơ bản. Đồ án điều chế biên độ xung để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu AIM.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 20/07/2014

Sơ đồ khối điển hình của một thiết bị điện tử và hoạt động của nó. Thuộc tính của bộ lọc tần số, đặc điểm của nó. Tính toán bộ biến đổi điện áp đầu vào. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phần tử rơle. Tính toán phần tử trễ thời gian tương tự.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 14/12/2014

Xem xét thiết kế của bộ chuyển đổi đo biến trở và nguyên lý hoạt động của nó. Nghiên cứu sơ đồ khối chuyển đổi tín hiệu tương tự từ bộ điều khiển đo sang dạng số. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của ADC song song.

Điểm quan trọng nhất đặc trưng cho cả DAC và ADC là đầu vào hoặc đầu ra của chúng là kỹ thuật số, có nghĩa là tín hiệu analog được lấy mẫu theo mức. Thông thường, một từ N-bit được biểu diễn dưới dạng một trong 2N trạng thái có thể, do đó, DAC N-bit (có tham chiếu điện áp cố định) chỉ có thể có các giá trị tín hiệu tương tự 2N và ADC chỉ có thể xuất ra 2N giá trị mã nhị phân khác nhau. Tín hiệu tương tự có thể được biểu diễn dưới dạng điện áp hoặc dòng điện.

Độ phân giải của ADC hoặc DAC có thể được biểu thị theo nhiều cách khác nhau: trọng lượng bit có ý nghĩa nhỏ nhất (LSB), ppm FS, milivolt (mV), v.v. Các thiết bị khác nhau (thậm chí từ cùng một nhà sản xuất chip) được định nghĩa khác nhau, do đó người dùng ADC và DAC phải có khả năng chuyển đổi các đặc tính khác nhau để so sánh các thiết bị một cách chính xác. Một số giá trị của bit ít quan trọng nhất (LSB) được đưa ra trong Bảng 1.

Bảng 1. Lượng tử hóa: Giá trị Bit quan trọng nhất (LSB)

Nghị quyết khả năng N	2 N	Điện áp toàn thang 10V	trang/phút FS	%FS	dB FS
2-bit	4	2,5 V	250000	25	-12
4-bit	16	625 mV	62500	6.25	-24
6-bit	64	156 mV	15625	1.56	-36
8 bit	256	39,1 mV	3906	0.39	-48
10-bit	1024	9,77 mV (10 mV)	977	0.098	-60
12-bit	4096	2,44 mV	244	0.024	-72
14-bit	16384	610 µV	61	0.0061	-84
16-bit	65536	153 µV	15	0.0015	-96
18-bit	262144	38 µV	4	0.0004	-108
20-bit	1048576	9,54 µV (10 µV)	1	0.0001	-120
22-bit	4194304	2,38 µV	0.24	0.000024	-132
24-bit	16777216	596 nV*	0.06	0.000006	-144

*600 nV nằm trong dải tần 10 kHz, xảy ra ở R = 2,2 kOhm ở 25 ° C. Dễ nhớ: Lượng tử hóa 10 bit ở giá trị toàn thang đo FS = 10 V tương ứng với LSB = 10 mV, độ chính xác 1000 ppm hoặc 0,1%. Tất cả các giá trị khác có thể được tính bằng cách nhân với các hệ số có lũy thừa bằng 2.

Trước khi xem xét phần bên trong của ADC và DAC, cần thảo luận về hiệu suất dự kiến và các thông số quan trọng của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và tương tự sang kỹ thuật số. Chúng ta hãy xem định nghĩa về lỗi và yêu cầu kỹ thuật đối với các bộ chuyển đổi tương tự sang số và kỹ thuật số sang tương tự. Điều này rất quan trọng để hiểu được điểm mạnh và điểm yếu của ADC và DAC được xây dựng trên các nguyên tắc khác nhau.

Bộ chuyển đổi dữ liệu đầu tiên được thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng đo lường và điều khiển, trong đó thời gian chính xác của việc chuyển đổi tín hiệu đầu vào thường không quan trọng. Tốc độ truyền dữ liệu trong các hệ thống như vậy thấp. Trong các thiết bị này, đặc tính DC của bộ chuyển đổi A/D và D/A rất quan trọng, nhưng đặc tính đồng bộ hóa khung và AC không quan trọng.

Ngày nay, nhiều, nếu không phải là hầu hết, ADC và DAC được sử dụng trong các hệ thống lấy mẫu và tái tạo tín hiệu âm thanh, video và vô tuyến, trong đó đặc tính AC của chúng có ý nghĩa quyết định đối với hoạt động của toàn bộ thiết bị, trong khi đặc tính DC của bộ chuyển đổi có thể không quan trọng. .

Hình 1 cho thấy hàm truyền lý tưởng của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự ba bit đơn cực. Trong đó, cả tín hiệu đầu vào và đầu ra đều được lượng tử hóa nên đồ thị hàm truyền chứa 8 điểm riêng biệt. Bất kể chức năng này được ước tính như thế nào, điều quan trọng cần nhớ là đặc tính truyền thực tế của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự không phải là một đường liên tục mà là một số điểm rời rạc.

Hình 1. Hàm truyền của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự ba bit lý tưởng.

Hình 2 cho thấy hàm truyền của bộ chuyển đổi tương tự sang số không dấu ba bit lý tưởng. Lưu ý rằng tín hiệu tương tự ở đầu vào ADC không bị lượng tử hóa mà đầu ra của nó là kết quả của việc lượng tử hóa tín hiệu đó. Đặc tính truyền của bộ chuyển đổi tương tự sang số bao gồm tám đường ngang, nhưng khi phân tích độ lệch, độ lợi và độ tuyến tính của ADC, chúng ta sẽ xem xét đường nối trung điểm của các đoạn này.

Hình 2. Hàm truyền của ADC 3 bit lý tưởng.

Trong cả hai trường hợp được thảo luận, thang đo kỹ thuật số đầy đủ (tất cả "1s") tương ứng với thang đo tương tự đầy đủ, trùng với điện áp tham chiếu hoặc điện áp phụ thuộc vào nó. Do đó, mã số thể hiện mối quan hệ chuẩn hóa giữa tín hiệu tương tự và điện áp tham chiếu.

Sự chuyển đổi của bộ chuyển đổi tương tự sang số lý tưởng sang mã số tiếp theo xảy ra từ điện áp bằng một nửa chữ số có nghĩa nhỏ nhất sang điện áp nhỏ hơn một nửa chữ số có nghĩa nhỏ nhất của điện áp toàn thang đo. Do tín hiệu tương tự ở đầu vào ADC có thể nhận bất kỳ giá trị nào và tín hiệu số đầu ra là tín hiệu rời rạc nên sẽ xảy ra lỗi giữa tín hiệu tương tự đầu vào thực tế và giá trị tương ứng của tín hiệu số đầu ra. Lỗi này có thể đạt đến một nửa chữ số có ý nghĩa nhỏ nhất. Hiệu ứng này được gọi là lỗi lượng tử hóa hoặc độ không đảm bảo chuyển đổi. Trong các thiết bị sử dụng tín hiệu AC, lỗi lượng tử hóa này dẫn đến nhiễu lượng tử hóa.

Các ví dụ trong Hình 1 và 2 cho thấy các đặc tính nhất thời của bộ chuyển đổi không dấu hoạt động với tín hiệu chỉ có một cực. Đây là loại bộ chuyển đổi đơn giản nhất, nhưng bộ chuyển đổi lưỡng cực hữu ích hơn trong các ứng dụng thực tế.

Có hai loại bộ chuyển đổi lưỡng cực hiện đang được sử dụng. Đơn giản hơn trong số đó là bộ chuyển đổi đơn cực thông thường, đầu vào của nó được cung cấp tín hiệu tương tự có thành phần không đổi. Thành phần này đưa ra độ lệch của tín hiệu đầu vào một lượng tương ứng với đơn vị bit có trọng số cao nhất (MSB). Nhiều bộ chuyển đổi có thể chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện này để cho phép bộ chuyển đổi được sử dụng ở chế độ đơn cực hoặc lưỡng cực.

Một loại bộ chuyển đổi phức tạp hơn được gọi là ADC có dấu và ngoài N bit thông tin còn có một bit bổ sung hiển thị dấu hiệu của tín hiệu tương tự. Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số được sử dụng khá hiếm và được sử dụng chủ yếu như một phần của vôn kế kỹ thuật số.

Có bốn loại lỗi DC trong ADC và DAC: lỗi bù, lỗi khuếch đại và hai loại lỗi tuyến tính. Các lỗi bù và khuếch đại của ADC và DAC tương tự như các bộ khuếch đại thông thường. Hình 3 cho thấy sự chuyển đổi tín hiệu đầu vào lưỡng cực (mặc dù sai số bù và sai số 0, giống hệt nhau trong bộ khuếch đại, ADC và DAC đơn cực, khác nhau trong bộ chuyển đổi lưỡng cực và cần được tính đến).

Hình 3: Độ chính xác bù trừ của bộ chuyển đổi và độ chính xác đạt được

Đặc tính truyền của cả DAC và ADC có thể được biểu thị dưới dạng D = K + GA, trong đó D là mã kỹ thuật số, A là tín hiệu tương tự, K và G là các hằng số. Trong bộ chuyển đổi đơn cực, hệ số K bằng 0; trong bộ chuyển đổi lưỡng cực có độ lệch, nó bằng một trong những chữ số có nghĩa nhất. Sai số thiên vị của bộ chuyển đổi là mức độ mà giá trị thực tế của độ lợi K khác với giá trị lý tưởng. Sai số khuếch đại là mức độ mà mức tăng G khác với giá trị lý tưởng.

Nói chung, sai số khuếch đại có thể được biểu thị bằng chênh lệch giữa hai hệ số, được biểu thị bằng phần trăm. Sự khác biệt này có thể được coi là sự đóng góp của sai số khuếch đại (tính theo giá trị mV hoặc LSB) vào tổng sai số ở giá trị tín hiệu đầu vào tối đa. Thông thường, người dùng có cơ hội giảm thiểu những lỗi này. Lưu ý rằng trước tiên bộ khuếch đại sẽ điều chỉnh độ lệch khi tín hiệu đầu vào bằng 0, sau đó điều chỉnh mức tăng khi tín hiệu đầu vào gần với giá trị tối đa. Thuật toán điều chỉnh bộ chuyển đổi lưỡng cực phức tạp hơn.

Độ phi tuyến tích phân của DAC và ADC tương tự như độ phi tuyến của bộ khuếch đại và được định nghĩa là độ lệch tối đa của đặc tính truyền thực tế của bộ chuyển đổi so với đường thẳng. Nói chung, nó được biểu thị bằng phần trăm của thang đo đầy đủ (nhưng có thể được biểu thị bằng giá trị LSB). Có hai phương pháp chung để ước tính các đặc tính truyền: phương pháp điểm cuối và phương pháp đường thẳng tốt nhất (xem Hình 4).

Hình 4. PHƯƠNG PHÁP ĐO LỖI TỔNG TUYẾN TÍNH

Khi sử dụng phương pháp điểm cuối, độ lệch của một điểm đặc trưng tùy ý (sau khi hiệu chỉnh độ lợi) so với đường thẳng vẽ từ gốc sẽ được đo. Do đó, Analog Devices, Inc. đo các giá trị của độ phi tuyến tích phân của các bộ chuyển đổi được sử dụng trong các nhiệm vụ đo lường và điều khiển (vì độ lớn của sai số phụ thuộc vào độ lệch so với đặc tính lý tưởng chứ không phụ thuộc vào “xấp xỉ tốt nhất” tùy ý).

Phương pháp đường truyền tốt nhất cung cấp dự đoán đầy đủ hơn về độ méo trong các ứng dụng xử lý tín hiệu AC. Nó ít nhạy cảm hơn với các đặc tính phi tuyến trong đặc tính kỹ thuật. Phương pháp phù hợp nhất vẽ một đường thẳng đi qua đặc tính truyền dẫn của thiết bị bằng cách sử dụng kỹ thuật nội suy đường cong tiêu chuẩn. Sau đó, độ lệch tối đa được đo từ đường thẳng đã xây dựng. Thông thường, độ phi tuyến tích phân được đo theo cách này chỉ chiếm 50% độ phi tuyến được ước tính bằng phương pháp điểm cuối. Điều này làm cho phương pháp này thích hợp hơn để xác định các đặc tính kỹ thuật ấn tượng trong thông số kỹ thuật nhưng ít hữu ích hơn khi phân tích các giá trị lỗi trong thế giới thực. Đối với các ứng dụng AC, việc xác định độ méo hài sẽ tốt hơn so với độ phi tuyến của DC, do đó hiếm khi cần đến phương pháp đường thẳng tốt nhất để xác định độ phi tuyến của bộ chuyển đổi.

Một loại phi tuyến chuyển đổi khác là phi tuyến vi sai (DNL). Nó liên quan đến tính phi tuyến của quá trình chuyển đổi mã của bộ chuyển đổi. Lý tưởng nhất là sự thay đổi một đơn vị trong bit ít quan trọng nhất của mã kỹ thuật số tương ứng chính xác với sự thay đổi một đơn vị trong bit ít quan trọng nhất của tín hiệu tương tự. Trong DAC, việc thay đổi một bit ít quan trọng nhất của mã kỹ thuật số sẽ gây ra sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra analog tương ứng chính xác với giá trị của bit ít quan trọng nhất. Đồng thời, trong bộ ADC, khi chuyển từ mức số này sang mức số tiếp theo, giá trị của tín hiệu ở đầu vào analog phải thay đổi chính xác bằng giá trị tương ứng với chữ số nhỏ nhất của thang số.

Khi sự thay đổi trong tín hiệu tương tự tương ứng với sự thay đổi ở bit ít quan trọng nhất của mã kỹ thuật số lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị này, chúng ta nói đến lỗi phi tuyến vi phân (DNL). Lỗi DNL của bộ chuyển đổi thường được định nghĩa là giá trị cực đại của độ phi tuyến vi sai được phát hiện ở bất kỳ quá trình chuyển đổi nào.

Nếu độ phi tuyến vi sai của DAC nhỏ hơn –1 LSB tại bất kỳ chuyển đổi nào (xem Hình 2.12), thì DAC được cho là không đơn điệu và đáp ứng truyền của nó chứa một hoặc nhiều cực đại hoặc cực tiểu cục bộ. Độ phi tuyến vi phân lớn hơn +1 LSB không gây ra vi phạm tính đơn điệu nhưng cũng không mong muốn. Trong nhiều ứng dụng DAC (đặc biệt là các hệ thống vòng kín trong đó tính không đơn điệu có thể thay đổi phản hồi tiêu cực thành phản hồi tích cực), tính đơn điệu của DAC rất quan trọng. Thông thường, tính đơn điệu của DAC được nêu rõ ràng trong biểu dữ liệu, mặc dù nếu độ phi tuyến vi phân được đảm bảo nhỏ hơn bit có ý nghĩa nhỏ nhất (tức là |DNL| . 1LSB), thiết bị sẽ đơn điệu ngay cả khi nó không được nêu rõ ràng.

ADC có thể không đơn điệu, nhưng biểu hiện phổ biến nhất của DNL trong ADC là thiếu mã. (xem hình 2.13). Việc thiếu mã (hoặc tính không đơn điệu) trong ADC cũng không mong muốn như tính không đơn điệu trong DAC. Một lần nữa, điều này xảy ra khi DNL > 1 LSB.

Hình 5. Hàm truyền DAC 3-bit không lý tưởng

Hình 6. Hàm truyền DAC 3-bit không lý tưởng

Việc xác định mã thiếu khó hơn việc xác định tính không đơn điệu. Tất cả các ADC được đặc trưng bởi một số nhiễu chuyển tiếp, được minh họa trong Hình 2.14 (hãy coi nhiễu này là chữ số cuối cùng của vôn kế kỹ thuật số nhấp nháy giữa các giá trị liền kề). Khi độ phân giải tăng lên, phạm vi tín hiệu đầu vào tương ứng với mức nhiễu chuyển tiếp có thể đạt hoặc thậm chí vượt quá giá trị tín hiệu tương ứng với mức ít quan trọng nhất. Trong trường hợp này, đặc biệt là khi kết hợp với lỗi DNL âm, có thể xảy ra trường hợp có một số (hoặc thậm chí tất cả) mã có nhiễu chuyển tiếp xuất hiện trong toàn bộ phạm vi giá trị tín hiệu đầu vào. Do đó, có thể có một số mã không có giá trị tín hiệu đầu vào mà tại đó mã đó được đảm bảo xuất hiện ở đầu ra, mặc dù có thể có một số phạm vi tín hiệu đầu vào mà mã đó đôi khi sẽ xuất hiện.

Hình 7. Các hiệu ứng kết hợp của nhiễu chuyển mã và phi tuyến vi sai (DNL)

Đối với ADC có độ phân giải thấp, điều kiện mã không thiếu có thể được định nghĩa là sự kết hợp giữa nhiễu chuyển tiếp và phi tuyến vi phân sẽ đảm bảo một số mức (ví dụ 0,2 LSB) của mã không nhiễu cho tất cả các mã. Tuy nhiên, không thể đạt được độ phân giải cao của ADC sigma-delta ngày nay hoặc thậm chí độ phân giải thấp hơn của ADC băng thông rộng. Trong những trường hợp này, nhà sản xuất phải xác định mức độ tiếng ồn và độ phân giải theo một cách khác. Việc sử dụng phương pháp nào không quá quan trọng nhưng đặc điểm kỹ thuật cần xác định rõ ràng phương pháp được sử dụng và các đặc tính mong đợi.

Văn học:

Chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số, biên tập viên Walt Kester, Thiết bị analog, 2004. - 1138 tr.
Kỹ thuật thiết kế tín hiệu hỗn hợp và DSP ISBN_0750676116, biên tập viên Walt Kester, Analog Devices, 2004. - 424 p.
Ứng dụng Hệ thống Tốc độ Cao, biên tập viên Walt Kester, Thiết bị Analog, 2006. - 360 tr.

Cùng với bài viết “Đặc tính truyền tĩnh của ADC và DAC” có nội dung:

Với sự tăng tuần tự các giá trị của tín hiệu số đầu vào D(t) từ 0 đến 2N-1 thông qua đơn vị có trọng số nhỏ nhất (EMP), tín hiệu đầu ra U out (t) tạo thành một đường cong bậc thang. Sự phụ thuộc này thường được gọi là đặc tính chuyển đổi DAC. Trong trường hợp không có lỗi phần cứng, điểm giữa của các bước nằm trên đường thẳng lý tưởng 1 (Hình 22), tương ứng với đặc tính biến đổi lý tưởng. Đặc tính biến đổi thực tế có thể khác biệt đáng kể so với đặc tính lý tưởng về kích thước và hình dạng của các bước cũng như vị trí của chúng trên mặt phẳng tọa độ. Có một số thông số để định lượng những khác biệt này.

Thông số tĩnh

Nghị quyết- tăng Uout khi chuyển đổi các giá trị liền kề Dj, tức là khác nhau trên EMR. Sự gia tăng này là bước lượng tử hóa. Đối với mã chuyển đổi nhị phân, giá trị danh định của bước lượng tử hóa là h=U psh /(2N-1), trong đó U psh là điện áp đầu ra tối đa danh nghĩa của DAC (điện áp toàn thang đo), N là dung lượng bit của DAC . Độ sâu bit của bộ chuyển đổi càng cao thì độ phân giải của nó càng cao.

Lỗi toàn diện- sự khác biệt tương đối giữa giá trị thực và giá trị lý tưởng của giới hạn thang chuyển đổi trong trường hợp không có độ lệch bằng 0.

Nó là thành phần nhân của tổng sai số. Đôi khi được biểu thị bằng số EMP tương ứng.

Lỗi bù bằng 0- giá trị của Uout khi mã đầu vào DAC bằng 0. Nó là một thành phần phụ của tổng sai số. Thường được biểu thị bằng milivolt hoặc dưới dạng phần trăm của thang đo đầy đủ:

Tính phi tuyến- độ lệch tối đa của đặc tính chuyển đổi thực tế U out (D) so với đặc tính tối ưu (dòng 2 trong Hình 22). Đặc tính tối ưu được tìm thấy theo kinh nghiệm để giảm thiểu giá trị của sai số phi tuyến. Tính phi tuyến thường được xác định theo đơn vị tương đối, nhưng trong dữ liệu tham chiếu nó cũng được đưa ra trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 22.

Độ phi tuyến vi sai là sự thay đổi lớn nhất (có tính đến dấu) của độ lệch của đặc tính biến đổi thực Uout(D) so với đặc tính tối ưu khi chuyển từ một giá trị mã đầu vào này sang một giá trị mã đầu vào khác liền kề. Thường được xác định theo đơn vị tương đối hoặc trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 22,

Tính đơn điệu của đặc tính chuyển đổi là sự tăng (giảm) điện áp đầu ra DAC Uout với sự tăng (giảm) trong mã đầu vào D. Nếu độ phi tuyến vi sai lớn hơn bước lượng tử hóa tương đối h/Upsh, thì đặc tính của bộ chuyển đổi là không đơn điệu.

Độ không ổn định nhiệt độ của bộ chuyển đổi DA được đặc trưng bởi các hệ số nhiệt độ của sai số toàn thang đo và sai số bù bằng 0.

Có thể sửa lỗi toàn bộ thang đo và lỗi bằng 0 bằng cách hiệu chuẩn (điều chỉnh). Các lỗi phi tuyến không thể được loại bỏ bằng các phương pháp đơn giản.

Thông số động

Các thông số động của DAC được xác định bởi sự thay đổi tín hiệu đầu ra khi mã đầu vào thay đổi đột ngột, thường là từ giá trị “tất cả số 0” thành “tất cả số một” (Hình 23).

Cài đặt thời gian- khoảng thời gian kể từ thời điểm mã đầu vào thay đổi (trong Hình 23 t=0) cho đến lần cuối cùng thỏa mãn đẳng thức

|bạn ngoài - bạn psh |= d/2,

Tốc độ quay- tốc độ thay đổi tối đa của Uout(t) trong quá trình nhất thời. Nó được định nghĩa là tỷ lệ của số gia D Uout với thời gian t trong đó số gia này xảy ra. Thường được quy định trong thông số kỹ thuật của DAC với tín hiệu điện áp đầu ra. Đối với DAC có đầu ra dòng điện, thông số này phần lớn phụ thuộc vào loại op-amp đầu ra.

Để nhân DAC với đầu ra điện áp, tần số khuếch đại đơn vị và băng thông công suất thường được chỉ định, điều này chủ yếu được xác định bởi các đặc tính của bộ khuếch đại đầu ra.

tiếng ồn DAC

Nhiễu ở đầu ra DAC có thể xuất hiện vì nhiều lý do khác nhau do các quá trình vật lý xảy ra trong thiết bị bán dẫn gây ra. Để đánh giá chất lượng của DAC có độ phân giải cao, người ta thường sử dụng khái niệm nhiễu bình phương trung bình gốc. Chúng thường được đo bằng nV/(Hz) 1/2 trong dải tần số nhất định.

Xung điện (nhiễu xung) là các xung hoặc sụt giảm ngắn đột ngột ở điện áp đầu ra xảy ra trong quá trình thay đổi giá trị mã đầu ra do việc đóng và mở các công tắc analog ở các bit khác nhau của DAC không đồng bộ. Ví dụ: nếu khi chuyển từ giá trị mã 011...111 sang giá trị 100...000, khóa của chữ số có nghĩa nhất của bộ chuyển đổi D-A có tổng trọng lượng dòng sẽ mở muộn hơn các phím ở phía dưới các chữ số đóng lại thì tín hiệu sẽ tồn tại ở đầu ra DAC trong một thời gian, tương ứng với mã 000...000.

Quá mức là điển hình cho các DAC tốc độ cao, trong đó điện dung có thể làm mịn chúng được giảm thiểu. Một cách triệt để để hạn chế lượng khí thải là sử dụng các thiết bị lấy mẫu và giữ. Lượng phát thải được đánh giá theo diện tích (tính bằng pV*s).

Trong bảng Hình 2 cho thấy những đặc điểm quan trọng nhất của một số loại bộ chuyển đổi số sang tương tự.

ban 2

Tên DAC	Dung lượng chữ số, bit	Số kênh	Loại đầu ra	Thời gian thiết lập, µs	Giao diện	ION nội bộ	Vôn cung cấp điện, V	Sự tiêu thụ năng lượng mW	Ghi chú
Nhiều loại DAC
572PA1	10	1	TÔI	5	-	KHÔNG	5; 15	30	Trên các thiết bị chuyển mạch MOS, nhân
	10	1	bạn	25	Cuối cùng	Ăn	5 hoặc +/- 5	2
594PA1	12	1	TÔI	3,5	-	KHÔNG	+5, -15	600	Trên các công tắc hiện tại
MAX527	12	4	bạn	3	Song song.	KHÔNG	+/-5	110	Đang tải từ đầu vào qua bus 8 chân
DAC8512	12	1	bạn	16	Cuối cùng	Ăn	5	5
	14	8	bạn	20	Song song.	KHÔNG	5; +/-15	420	Trên các công tắc MOS, với ma trận điện trở nghịch đảo
	8	16	bạn	2	Song song.	KHÔNG	5 hoặc +/- 5	120	Trên các công tắc MOS, với ma trận điện trở nghịch đảo
	8	4	-	2	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,028	chiết áp kỹ thuật số
DAC vi điện
	10	1	bạn	25	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,7	Nhân, trong gói 8 chân
	12	1	bạn	25	Song song.	Ăn	5 hoặc +/- 5	0,75	Nhân, tiêu thụ - 0,2 mW ở chế độ tiết kiệm
MAX550V	8	1	bạn	4	Cuối cùng	KHÔNG	2,5:5	0,2	Tiêu thụ 5 µW ở chế độ tiết kiệm
	12	1	bạn	60	Cuối cùng	KHÔNG	2,7:5	0,5	Giao diện nhân, tương thích SPI
	12	1	TÔI	0,6	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,025	nhân
	12	1	bạn	10	Cuối cùng	KHÔNG	5 hoặc 3	0,75 (5 giờ) 0,36 (3 giờ)	Gói 6 chân, tiêu thụ 0,15 μW ở chế độ tiết kiệm. Giao diện tương thích I 2 C
DAC chính xác

Tên: Mạch tích hợp DAC và ADC tốc độ cao và đo các thông số của chúng.

Các tính năng của mạch xây dựng, các thông số và đặc tính điện của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và tương tự sang số tích hợp tốc độ cao với tốc độ chuyển đổi tín hiệu từ 10 đến lũy thừa thứ 7 đến 10 đến bit công suất thứ chín mỗi giây. Các phương pháp và nguyên lý xây dựng đồng hồ đo các thông số tĩnh và động của bộ chuyển đổi được mô tả và đưa ra các loại thiết bị đo cụ thể dùng để theo dõi và đo các thông số của chúng. Dành cho nhân viên kỹ thuật và kỹ thuật chuyên phát triển và ứng dụng bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự và tương tự sang kỹ thuật số, cũng như thiết bị đo lường và giám sát các thông số điện của chúng.

Khi phát triển và sản xuất vi mạch DAC và ADC, cần phải tính đến nhiều loại linh kiện đầu vào và yêu cầu ngày càng cao về các thông số điện của chúng về độ chính xác và độ ổn định nhiệt độ so với vi mạch kỹ thuật số; sự bất thường của cấu trúc và sự hiện diện trong đó của các nút thực hiện chức năng xử lý tín hiệu tuyến tính và phi tuyến (công tắc bit, bộ khuếch đại, bộ so sánh, nguồn điện áp tham chiếu, ma trận điện trở, mạch điều khiển và lưu trữ). Nhiều vấn đề công nghệ nảy sinh liên quan đến việc đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và kiểm soát kích thước hình học của các cấu trúc vi mô đa lớp được hình thành trên tấm wafer silicon.

Tải xuống sách điện tử miễn phí ở định dạng thuận tiện, xem và đọc:
Tải sách Mạch tích hợp tốc độ cao DAC và ADC và đo các thông số của chúng - Marcinkevičius A.-J.K. - fileskachat.com, tải xuống nhanh chóng và miễn phí.

Tải về djvu
Dưới đây bạn có thể mua cuốn sách này với giá tốt nhất với mức giảm giá khi giao hàng trên khắp nước Nga.