2. Выбор датчика и структурной схемы

2.1. Выбор датчика барометрического комплекса.

Для выбора типа датчика проведем сравнение свойств датчиков давления.

Пьезоэлектрический преобразователь (пьезодатчик).

1. Пьезодатчик позволяет проводить измерение без промежуточного преобразования изменяющихся в зависимости от давления параметров пьезодатчика в измерительный сигнал, т.е. нет необходимости в дополнительном функциональном преобразователе.

2. Выходной сигнал пьезодатчика по своей величине очень мал, т.е. сигнал с пьезодатчика необходимо усиливать.

3. Для пьезодатчика существует ограничение на частотный диапазон входного сигнала в области низких частот.

4. Для пьезодатчика имеет место влияние частоты входного сигнала на величину выходного напряжения датчика (частотная погрешность).

Электростатический преобразователь.

1. При использовании электростатического преобразователя необходим дополнительный функциональный преобразователь.

2. Малые значения собственной емкости датчика приводят к большому влиянию паразитных емкостей.

3. Для электростатического преобразователя необходимо использовать источник питающего напряжения с частотой превышающей частоту изменения входного воздействия.

4. Электростатический преобразователь имеет большое выходное сопротивление на низких частотах.

Тензорезистивный преобразователь.

1. При использовании тензорезистивного преобразователя необходим дополнительный функциональный преобразователь.

2. Металлические тензорезисторы обладают малой чувствительностью.

3. Тензорезистивным преобразователям характерна малая инерционность.

4. Тензорезистивные преобразователи имеют значительные температурные погрешности.

У вышеперечисленных датчиков только у тензорезисторов выходной сигнал не зависит от частоты. Однако по сравнению с электростатическим преобразователем и пьезодатчиком, тензорезистор имеет самые большие температурные погрешности, но эта погрешность может быть уменьшена путем схемных решений. Данный тип преобразователей не требует построения усилителей с очень большим входным сопротивлением или питания измерительной цепи датчика напряжением высокой частоты.

Выберем для дальнейшей разработки тензорезистивный преобразователь.

2.2. Выбор структурной схемы.

Для выбора структурной схемы сравним возможные структуры по следующим параметрам:

-по числу блоков в схеме;

-по требованиям к быстродействию элементной базы.

Для корректного сравнения структур данные параметры будем определять при условии одинаковой точности.

Число блоков в мультиплицированной структуре может быть рассчитано по следующей формуле

(2.1)

где n – число каналов измерения.

Число блоков в параллельно-последовательной структуре может быть рассчитано по формуле

(2.2)

Для того чтобы определить требования к быстродействию элементов необходимо определить интервал опроса датчиков t в каждой из возможных структур. Если сигнал изменяется по синусоидальному закону, используется восстанавливающий полином нулевой степени и погрешность аппроксимации равна 1 %, то t можно определить по формуле (2.3)

(2.3)

где _{ап max} – максимальная погрешность аппроксимации;

f_max – максимальная частота в спектре исследуемого сигнала.

В цифровой мультиплицированной системе (рис.1) происходит одновременное измерение всех входных величин и быстродействие блоков схемы может быть определено исходя из числа ступеней выходного сигнала меры (компенсационной величины) N. Число N можно вычислить исходя из погрешности квантования _к=1/N. Если принять _к=1 %, то N=100. В этом случае время срабатывания блоков должно составлять величину 1,59310^-8 с.

В цифровой параллельно-последовательной структуре происходит последовательное подключение датчиков к АЦП (см. рис. 2).

Рис. 1. Мультиплицированная измерительная система

Рис. 2. Цифровая параллельно-последовательная структура

Интервал времени, через который необходимо подключать датчики к АЦП можно рассчитать так

(2.4)

Расчет показывает, что время срабатывания блоков в цифровой параллельно-последовательной структуре не должно превышать 3,18610^-8 с.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что рациональной для дальнейшей разработки является цифровая параллельно-последовательная структура.