ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З ЧАСТОТНИМ ВИХІДНИМ СИГНАЛОМ. Звіт до лабораторної роботи з Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики. Робота № 530981

Перехід до торгівельного партнера Binance

ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З ЧАСТОТНИМ ВИХІДНИМ СИГНАЛОМ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

ЗІ

Кафедра:

Кафедра КСА

Інформація про роботу

Рік:

2019

Тип роботи:

Звіт до лабораторної роботи

Предмет:

Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти та науки України Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра КСА / Звіт до лабораторної роботи №11 з курсу «Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики» ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З ЧАСТОТНИМ ВИХІДНИМ СИГНАЛОМ Львів-2019 Мета роботи - ознайомитися з принципом дії найпростіших вимірювальних перетворювачів з частотним вихідним сигналом (ВПЧ) і дослідити характеристики ВПЧ напруга-частота. Загальні відомості Підвищена зацікавленість до ВПЧ зумовлена перш за все суттєвими перевагами такого виxідного сигналу, як частота зміни напруги або струму, а саме: а) високою завадостійкістю, - такою ж як для кодо-імпульсниx систем; б) відсутністю втрат інформації в лінії зв'язку і, отже, можливістю передачі на значні відстані; в) відсутністю втрат інформації при комутаціях; г) зручністю перетворення у цифрову форму й інше. Окрім того, у багатьох випадках системи збору й обробки інформації з ВПЧ мають значно простішу схемну реалізацію. Завдяки названим перевагам ВПЧ використовуються у багатьоx сфераx людської діяльності, починаючи з промислового застосування (автоматика та телемеxаніка, інформаційно-вимірювальні системи, електронні обчислювальні машини, тощо) і аж до науковиx досліджень. З допомогою ВПЧ перетворюють у частоту різноманітні фізичні величини: напругу, струм, електричний опір, тиск, переміщення й інші. Основні xарактеристики ВПЧ ВПЧ повинен забезпечувати певну xарактеристику та крутизну перетворення вxідного сигналу в частоту. Xарактеристикою перетворення називають залежність частоти F (вона ж і є виxідним сигналом) від вxідного сигналу A: F  f (A) (1) Крутизна перетворення визначає нахил характеристики перетворення та визначається як відношення S  F , (2) A де F - приріст частоти, який відповідає зміні вхідного сигналу на A . Звичайно характеристика перетворення нелінійна і крутизна перетворення непостійні, що викликає додаткові труднощі при обробці інформації. Тому в більшості практичних випадків лінеаризують характеристику перетворення або використовують тільки лінійну ділянку характеристики. ВПЧ, як і будь-який інший вимірювальний прилад, характеризується основною та додатковими похибками. Ці похибки регламентуються класом точності приладу. Клас точності встановлюється рядом (1; 1.5; 2; 2.5; /3/; 4; 5; 6) 10n . Тут n = 1, 0, -1, -2, -3 і т.д. Наприклад, при класі точності 0.25 основна похибка ВПЧ дорівнює 0.25% номінального значення сигналу. Основна похибка ВПЧ о   f 100% Fmax (3) де f абсолютна похибка частоти; Fmax діапазон зміни частоти, що відповідає зміні вхідного сигналу A від мінімального до максимального значення. Абсолютна похибка - це зміна частоти ВПЧ при незмінному вхідному сигналі. Вона зумовлена впливом на частоту різних дестабілізуючих факторів: температури, напруги живлення, вібрацій та інших. Слід підкреслити, що в більшості випадків вплив температури є переважаючим. Основна похибка визначається в нормальних умовах [5]: а) температура навколишнього повітря 20  5oC (20  2оC для класу точності 1,0 і більш точних ); б) відносна вологість 30% - 80%; в) тиск 760  25 мм рт.ст.; г) напруга живлення Еном  2%, максимальний коефіцієнт гармонік 5%; д) частота живлення 50  0.5 Гц, 400  12 Гц. При відхиленні дестабілізуючих факторів за межі нормальних умов виникають додаткові зміни величини вихідного сигналу - частоти, тобто появляються додаткові похибки. Додаткові похибки регламентуються наступним чином [6]: а) при відхиленні температури на кожні 10oC: Клас точності 0,25 0,4-0,6 1,0 1,5 2,5 4,0 Максимальне значення допустимого відхилення в частинах від значення основної похибки 1,0 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 б) при відхиленні напруги живлення в межах (-15%  +10%) Е ном ,- де 24, 48 i 110)В,- максимальне значення додаткової похибки Е ном = (12, 1 о 2 1 о 3 для класів точності 0,25; 0,4; 0,6 i для класів точності 1,0 - 4,0; в) при відхиленні частоти живлення на ± 1 Гц від номінального значення 50 Гц максимальне значення додаткової похибки  для класів точності 0,25; 0,4; 0,6 i о 1  для класів точності 1,0 - 4,0; 3 о г) при граничних відхиленнях навантаження від номінального значення максимальне значення додаткової похибки  для класів точності 0,25; 0,4; 0,6 i о 1  для класів точності 1,0 - 4,0. 3 о Крім згаданих похибок для характеристики вимірювальних засобів використовують ще додаткову похибку від нелінійності, яка враховує нелінійність характеристики перетворення. Значення похибки нелінійності державним стандартом не регламентується і, як правило, встановлюється технічним завданням на розробку кожного конкретного вимірювального пристрою. Поряд із забезпеченням поставлених вимог у відношенні похибок ВПЧ повинні мати коригуючі пристрої для забезпечення потрібного значення вихідного сигналу на початку та в кінці діапазону перетворення, а також - пристрої захисту від короткого замикання чи холостого ходу на виході. Опис схем ВПЧ Задача розробки ВПЧ, як і будь-якого іншого пристрою, має в загальному випадку множину можливих технічних розв'язків. Вибір певного з них залежить у першу чергу від вимог до кожного конкретного ВПЧ. При цьому враховуються не тільки метрологічні характеристики, але й економічні, експлуатаційні, наприклад, витрати на проектування та розробку, вартість комплектуючих виробів, споживана потужність, габарити, вага й тощо. Розробка сучасних пристроїв автоматики та телемеханіки, радіоелектроніки й інформаційно-вимірювальної техніки неможлива без використання мікроелектроніки. При цьому можливі два варіанти: проектований пристрій реалізується на серійних інтегральних схемах; проектований пристрій виготовляється у вигляді інтегральної схеми. Другий варіант використовують тоді, коли найбільш важливими вимогами до проектованого пристрою є габарити та вага. Важливими перевагами пристроїв, виготовлених у вигляді інтегральних схем, є також незначні взаємні відхилення однотипних компонентів і рівність їх температурних коефіцієнтів, - останнє дозволяє підвищити метрологічні характеристики розроблюваних пристроїв. Слід відмітити, що для інтегральних схем, виготовлених в єдиному технологічному процесі, значення відхилення параметрів може бути доведене до 0.01% для резисторів і до 5% для транзисторів. Розглянемо найпростіші вимірювальні перетворювачі з частотним вихідним сигналом. Найбільш простими у схемному відношенні є ВПЧ - керовані RC- генератори. Основна похибка таких ВПЧ складає, як правило, 1% - 3%. Більш високі метрологічні характеристики мають ВПЧ на основі керованих генераторів з розподіленими RC-структурами. Їх основна похибка зменшена до 0.4%. Найбільш важливою перевагою таких ВПЧ є висока технологічність при виготовленні у вигляді інтегральної схеми завдяки меншій кількості компонентів і з'єднань між ними порівняно з іншими ВПЧ. При реалізації ВПЧ на інтегральних схемах найбільше поширення набули інтегруючі ВПЧ, завдяки їх гнучкості при настроюванні та найвищій захищеності від завад. Найпростіший інтегруючий ВПЧ наведений на рис.1 (кола живлення умовно не показані). ВПЧ складається з інтегратора на операційному підсилювачі (ОП), резисторі R і конденсаторі С, схеми порівняння (СП), одновібратора (ОВ) і розрядного ключа (Кл). Зауважимо, що функції схеми порівняння та одновібратора можна реалізувати на одному операційному підсилювачі. Суть роботи цього ВПЧ Рис.1 ілюструється епюрами напруг на виходах його основних вузлів (рис.2), де UВХ - вхідна напруга, Uі - напруга на виході інтегратора, U0 - опорна напруга, UС - напруга на виході схеми порівняння, UОВ- напруга на виході одновібратора. Конденсатор С заряджається від вхідної напруги. Напруга на виході інтегратора збільшується по абсолютному значенню і, коли вона досягне рівня опорної напруги, спрацьовує схема порівняння і запускає одновібратор ОВ. Імпульс з виходу ОВ замикає ключ Кл і конденсатор С розряджається. Після закінчення розряду С процес повторюється. При незмінних параметрах схеми ВПЧ частота спрацювань СП, а, отже, і частота вихідних імпульсів ВПЧ, виявляються пропорційними значенню вхідної напруги. Частота повторення вихідних імпульсів інтегруючого ВПЧ може бути визначена за формулою F  1 t i  t p , (4) де ti - час інтегрування, tр - час розряду конденсатора С. Час інтегрування вибирається виходячи із заданої похибки нелінійності інтегратора ( к ): ti  2н 1 KRC. (5) Тут К - власний коефіцієнт підсилення операційного підсилювача ОП. Якщо ti<<(1+К)RC, то похибкою нелінійності інтегратора можна знехтувати. Тоді вихідна напруга інтегратора Звідки Рис.2 Ui  U t i вх RC . (6) ti  Ui Uвх RC . (7) Підставляючи останній вираз у формулу (4), одержимо характеристику перетворення цього ВПЧ: F  U вх U i RC  U вх t p . (8) Із формули (8) витікає, що перетворення напруги у частоту в розглянутому ВПЧ відбувається нелінійно. Для підвищення лінійності необхідно зменшувати значення другого члена у знаменнику, зменшуючи час розряду конденсатора. Проте при швидкому розряді конденсатора С, коли значення tP наближається до нуля, операційний підсилювач інтегратора перевантажується і в ньому протікає перехідний процес (зокрема, незатухаючі коливання), тривалість якого порядку одиниць мікросекунд. Тому похибка нелінійності найпростіших інтегруючих ВПЧ звичайно порядку одиниць - десятих частин проценту. З метою підвищення лінійності інтегруючих ВПЧ до 0,1% і вище проводять розряд конденсатора інтегратора С фіксованим зарядом. Завдяки такому розряду зміна заряду конденсатора проходить повільніше, ніж у найпростіших інтегруючих ВПЧ, і цим виключається перевантаження операційного підсилювача та підвищується лінійність.Висновок: На цій лабораторній роботі я ознайомився з принципом дії найпростіших вимірювальних перетворювачів з частотним вихідним сигналом (ВПЧ) і дослідив характеристики ВПЧ напруга-частота.

Звіт до лабораторної роботи Засоби автоматизації вимірювань, контролю та діагностики

rmko1396

05.06.2019 22:06-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись