Оформлення звіту

Звіт повинен містити результати випробувань, схеми дифманометрів і установки, статичні характеристики вивірених дифманометрів.

Лабораторна робота 10 Часово-імпульсні цифрові прилади (подвійного інтегрування)

Мета роботи – вивчити метод подвійного інтегрування, що реалізує метод компенсації похибки за знаком, і познайомитися з роботою цифрового приладу подвійного інтегрування А-565, а також універсального цифрового вимірювача електричних величин UNI–T B838.

Теоретичні відомості

Прилади подвійного інтегрування, що реалізують метод компенсації похибки за знаком, дозволяють автоматично усунути вплив адитивної складової похибки вимірювання.

Суть методу компенсації похибки за знаком полягає в наступному. Якщо на вхід якого-небудь вимірювального перетворювача подати сигнал вимірювальної інформації Х, то, пройшовши через перетворювач, він перетвориться в сигнал Y = f(X) з деякою похибкою ∆Y.

Якщо ж цей сигнал Х спочатку скласти з деяким сигналом Х_зсв, що перевищує максимально можливе значення вхідного сигналу Х_max, а потім відняти його від цього сигналу, то після подачі по черзі цих нових сигналів на вхід вимірювального перетворювача на його виході теж будемо мати два нових вихідних сигнали Y₁ = f(X_зсв + X) і Y₁ = f(X_зсв – X) з деякою похибкою ∆Y. Ця похибка буде мати однаковий знак в обох випадках, тому що вхідні сигнали (X_зсв + X) і (X_зсв – X) також будуть одного знака. Якщо функція перетворення Y = f(X) лінійна, то отримані сигнали Y₁ і Y₂ будуть мати такий вигляд:

Y₁ = kX_зсв+ kХ + ∆Y,

Y₂ = kX_зсв – kХ + ∆Y.

Віднімаючи з першого вихідного сигналу другий та розділивши отриману різницю на два, отримаємо:

Y_вих = (Y₁ – Y₂) / 2 = (kX_зсв+ kХ + ∆Y – kX_зсв+ kХ – ∆Y) / 2 = kХ.

Таким чином, на виході пристрою буде сигнал, який не містить похибки ∆Y:

Y_вих = kХ.

Структурна схема такого пристрою може бути представлена у вигляді:

Рис. 1. Структурна схема приладу подвійного інтегрування

Практично цей метод можна реалізувати так.

Якщо на вхід інтегратора, що містить інтегрувальний конденсатор, подати вхідний сигнал, який спочатку включає різницю між зсувною напругою U_зсв і вхідною напругою U_х, а потім суму цих напруг, то інтегратор зарядиться за деякий постійний проміжок часу ∆Т спочатку до напруги (U_зсв – U_х)k + ∆U, а потім за такий же проміжок часу ∆Т – до напруги (U_зсв + U_х)k + ∆U. Похибка ∆U має один знак, оскільки вхідний сигнал в обох випадках одного знаку.

Подача на вхід інтегратора опорної напруги U_оп протилежного знаку спричинює розряджання інтегратора щораз після його зарядки до певного стану. А визначаючи за допомогою імпульсів каліброваної тривалості проміжки часу, за які інтегратор розрядиться до нульового стану, можна пепертворити (U_зсв – U_х)k + ∆U та (U_зсв + U_х)k + ∆U у числа імпульсів N_зсв – N_х + ∆N і N_зсв + N_х + ∆N. Порахувавши отримане число імпульсів на реверсивному лічильнику спочатку у від’ємний бік, а відтак – у додатній, одержують на виході лічильника у чистому виді сигнал 2N_х, що містить число імпульсів N_х, яке залежить від вхідного сигналу U_х.

Розділивши далі цей сигнал 2N_х на 2, одержують N_х, що відображає вхідний сигнал U_х без адитивної складової похибки.

Функціональну блок-схему пристрою можна представити в такому виді (рис. 2.). За командою блоку керування Т_кер1 по черзі подає вхідну напругу U_х на плюсовий і мінусовий входи суматора, на третій вхід суматора подається напруга зсуву U_зсв. Складаючись спочатку із від’ємним, а потім із додатнім значеннями вхідного сигналу, ця напруга на виході суматора перетворюється в сигнал, що містить спочатку негативне значення вхідного сигналу, а потім позитивне. Але оскільки зсувна напруга U_зсв вибирається переважаючою максимальне значення вхідного сигналу, то похибка перетворення ∆U в обох випадках буде одного знака. Надходячи далі по черзі на інтегратор, вони заряджають його до сумарної напруги U_c = k(U_зсв – U_х) + k∆U і U_c = k(U_зсв + U_х) + k∆U.

За командою того ж блоку керування розряджаючи інтегратор за допомогою тригера керування Т_кер2 до нульового стану та підключаючи щораз опорну напругу протилежного знака U_оп, вхідні сигнали на інтеграторі перетворюються у відрізки часу t₁ і t₂, які залежать від позитивного і негативного значень вхідного сигналу U_х. За допомогою спеціальної схеми, що містить нуль-індикатор обнуління інтегратора (нуль-орган) і лічильник-перетворювач, ці два проміжки часу t₁ і t₂ перетворюються в дві послідовності імпульсів N_зсв – N_х + ∆N і N_зсв + N_х + ∆N, що містять корисний сигнал N_х з позитивним і негативним знаками і сигнал похибки ∆N одного знаку. Стабільність проходження імпульсів забезпечується генератором імпульсів каліброваної тривалості (ГІКТ).

Надходячи далі на позитивний і негативний входи реверсивного лічильника (РЛ), ці імпульси перетворюються в послідовність імпульсів 2N_x, яка містить подвійний корисний сигнал. Поділивши далі на два ці послідовності імпульсів, одержують вимірюваний сигнал N_x, позбавлений адитивної складової ∆N.

Рис. 2. Спрощена функціональна схема приладу подвійного інтегрування