Погрешности первичных преобразователей и их причины.
Причины погрешности:
1.Нелинейность преобразования
U
=f(x) тарировка реальная
кривая
Рисунок 13
Путем тарирования первичного преобразователя заменяем истинную функцию изменения параметра на искусственную.
U1
U2
Рисунок 14
Производится калибровка, а затем аппроксимация. Следовательно, возникает погрешность аппроксимации, связанная с нелинейностью преобразования.
2.Явление гистерезиса
Y
X
Рисунок 15
X-измеряемый физический параметр
Y-сигнал на выходе датчика
Одному значению X соответствует два различных значения Y – возникает ошибка гистерезиса.
3.Инерционность преобразователя – динамическая ошибка
параметр сигнал
датчика
Рисунок 16
Инерционность датчика связана с его частотной характеристикой.
4.Неравномерность частотной характеристики датчика
|
к(f)| Параметр
(амплитудный спектр)
1 АЧХ
1/√2
f
fпроп.
Рисунок 17
Сигнал не отражает истинное значение параметра, так как пропадает высокочастотная область спектра, поэтому возникает ошибка несогласованности спектра сигнала с частотной характеристикой первичного преобразователя.
Чем шире полоса пропускания ПП, тем менее он инерционен, т.е. он пропускает высокочастотные сигналы.
Все температурные датчики инерционны (не могут быстро реагировать на изменение температуры).
5.Внутренние шумы преобразователя.
2.4. Назначение масштабирования в иис.
Динамический диапазон - характеристика устройства или системы.
Обозначение: L
L=2n*Δ, где n-количество разрядов,
Δ-цена младшего разряда
L=Umax -Umin
U
max
Umin
Рисунок 18
Очень часто параметры входного сигнала не соответствуют динамическому диапазону АЦП, что приводит к неэффективному использованию возможностей АЦП и более высоким погрешностям.
Рисунок 19
Uср – постоянная составляющая сигнала
Если вычесть из входного сигнала постоянную составляющую, то получим:
Рисунок 20
Если динамический диапазон сигнала меньше динамического диапазона устройсва, то необходимо убрать Uср=const и поставить усилитель.
Если динамический диапазон сигнала больше динамического диапазона устройсва, то необходимо убрать Uср=const и поставить делитель.
Значения сигнала, большие Umax и меньшие Umin усекаются, что приводит к погрешности.
Рисунок 21
2.5. Погрешность ацп.
γкв.=σкв./L, где L-динамический диапазон
σкв- ошибка квантования
γкв-относительная среднеквадратичная ошибка АЦП
σкв2=Δ/12, где Δ-цена младшего разряда
L=2n*Δ, где n-количество разрядов
L=6*σс
Рисунок 22
Δ=(6*σс)/2n
σкв= Δ/(2√3)=(6*σс)/(2n*(2√3))
γкв.= σкв./L=1/((2√3)*2n)
Прим.: Пусть n=10 (число разрядов), динамический диапазон L=6:
Передача цифрового сигнала.