Определение требуемого диапазона изменения входных и выходных сигналов элементов электромеханических систем регулирования
Анализ реальных частотных характеристик звеньев раздела 1 позволяет сделать некоторые заключения о требуемом общем диапазоне измерения их выходных сигналов.
Крутизна частотных характеристик апериодического звена составляет в высокочастотной области 20 дБ/дек, поэтому при измерении в автоматическом режиме необходимо иметь динамический диапазон измерителя не менее 20 дБ. Колебательные звенья, используемые в электромеханических САР, как правило, имеют коэффициент динамичности не более 20 дБ [25]. При измерении передаточных характеристик звеньев типа интегрирующих в диапазоне изменения частот в две декады необходимо иметь динамический диапазон измерителя в 40 дБ. Аналоговые измерительные приборы анализаторов 1022 фирмы RFT обладают динамическим диапазоном 30-40 дБ, а самописцы уровня фирмы В&К до 50 дБ [51].
Такое измерение возможно при использовании в измерительном устройстве АЦП с разрядностью не менее 10 бит (при максимальной погрешности порядка 1 дБ). Погрешность измерения А (при учете только погрешности квантования) составляет 1 единицу младшего разряда АЦП. Относительная погрешность измерения составляет:
где
-
минимальное значение измеряемого
сигнала в единицах АЦП;
где
-
максимальное значение измеряемого
сигнала в единицах АЦП
S - динамический диапазон изменения сигнала.
В случае применения 10-битного АЦП и диапазона изменения сигнала 40 дБ, погрешность измерения составит:
В действительности погрешность измерения отношения двух величин при указанных выше условиях может достигать 2 дБ. Поэтому для уменьшения этой погрешности в программе должно быть предусмотрено усреднение результатов по нескольким измерениям, или применение АЦП более высокой разрядности. В разрабатываемом устройстве был принят первый способ.
Поэтому желательным динамическим диапазоном для проектируемого устройства можно считать диапазон порядка 40 дБ, который обеспечивается достаточно доступными
АЦП с разрядностью 10-12 бит. Получение общего диапазона измерения 80-100 дБ, который принят в качестве типового в большинстве промышленных анализаторов, должно обеспечиваться аттенюаторами измерительного блока или датчиковых систем.
Поэтому, желательным динамическим диапазоном для проектируемого устройства можно считать диапазон порядка 40 дБ, который обеспечивается достаточно доступными АЦП с разрядностью 10...12 бит. Получение общего диапазона измерения 80...100 дБ, который принят в качестве типового в большинстве промышленных анализаторов, должно обеспечиваться аттенюаторами измерительного блока или датчиковых систем.
Определение номинальных значений сигналов измерительной части
устройства
В соответствии с принятым в разделе 1 принципом блочно-агрегатного построения устройства, реальные уровни входных и выходных сигналов испытуемого элемента должны приводиться к стандартному уровню, единому для всех датчиков и усилительных устройств. В соответствии с мировыми стандартами DIN, ISO и других, наиболее часто применяемыми уровнями входных и выходных сигналов измерительных цепей и цепей автоматики являются значения -10...+10 и 0...10 В. Сигналы такого уровня хорошо совместимы с устройствами на стандартных операционных усилителях в измерительных и логико-вычислительных подсистемах.
Стандартные измерительные приборы фирм В&К и HP также имеют входные сигналы с уровнями до ±10 В и управляющие сигналы 0...10 В. С целью максимальной унификации разрабатываемого устройства с наиболее распространенными промышленными приборами, в нем также целесообразно иметь входные и выходные уровни управляющих и измерительных сигналов, указанные выше.