1.5 Обработка результатов измерения электрических величин

Для снятия показаний электроизмерительные приборы имеют шкалу. На шкале наносятся деления, которые не всегда соответствуют значению измеряемой величины. Это связано с тем, что часто измеряемые значения имеют малый порядок или прибор имеет несколько пределов измерения.

Перед началом работы необходимо определить цену деления прибора на каждом пределе измерения.

(11)

где х_ПР -предел измерения данной величины;

N - полное число делений шкалы.

Для определения значения измеряемой величины необходимо цену деления прибора на данном пределе измерения умножить на число делений, которое показывает стрелка.

(12)

n - номер деления, на котором остановилась стрелка прибора.

Для определения абсолютной погрешности измерения воспользуемся соотношением (8), которое определяет класс точности прибора, в результате преобразований получим:

(13)

 - класс точности прибора (указывается на его шкале);

х_ПР - предел измерения прибора.

Относительная погрешность показывает, какую часть составляет абсолютная погрешность х от измеренного значения величины х_ИЗМ и выражается в процентах:

(14)

Относительная погрешность с учетом соотношений (13) и (14) равна:

(15)

т.е. относительная погрешность превышает класс точности прибора тем больше, чем меньше показания прибора по сравнению с его пределом.

Для более высокой точности измерения предел измерения прибора выбирают таким образом, чтобы отсчет производился во второй половине шкалы, тем более что у многих приборов первая треть шкалы может быть нелинейной.

Погрешность измерения с помощью цифровых приборов рассчитывается по специальным формулам, которые приводятся в паспорте прибора.

2 Цифровые приборы

2.1 Принцип действия цифровых приборов

Цифровые измерительные приборы автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину в дискретную форму, подвергают цифровому кодированию и выдают результат измерения в цифровом виде. В основе преобразования аналогового сигнала (рис. 3а) в цифровой лежит операция квантования (дискретизации).

Дискретизация – преобразование непрерывной величины (x(t)) в дискретную (x_i), при этом сохраняются её мгновенные значения только в определенные моменты времени (t_i), следовательно, при дискретизации теряется часть информации.

Дискретизация может осуществляться двумя способами: квантованием по времени и квантованием по уровню.

Квантование по времени осуществляется следующим образом: через равные промежутки времени Δt определяется значение непрерывной функции на входе устройства дискретизации (рис. 3б). Промежуток времени между соседними отсчетами называется шагом дискретизации. Значение непрерывной функции затем переводится в двоичный код, с которым работает большинство цифровых устройств.

Квантование по уровню: в момент достижения функцией некоторого определенного уровня фиксируется значение функции и момент времени достижения функцией данного уровня (рис 3в).

Таким образом, в первом случае аналоговый сигнал может быть представлен последовательностью импульсов одинаковой длительности, но разного уровня. При квантовании по уровню сигнал может быть представлен в виде импульсов различного уровня и различной длительности. Такие импульсы очень трудно представить в виде логического нуля и логической единицы. Поэтому чаще всего эти два вида квантования применяются одновременно, а полученный результат кодируется.

Диапазон значений входного сигнала разбивается на уровни, каждому из которых присваивается двоичный код. Уровни отстоят друг от друга на одинаковое расстояние (значение сигнала). С помощью специального устройства в определенный момент времени осуществляется опрос входного устройства и определяется уровень входного сигнала наиболее приближенный к ближайшему уровню. Чем больше уровней квантования и чем меньше шаг квантования, тем выше точность преобразования. Если в системе n уровней, то относительная погрешность преобразования .

Преобразование мгновенного значения напряжения в цифровой код осуществляется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Основными характеристиками АЦП являются количество разрядов и быстродействие. Шаг дискретизации не может быть меньше времени, затраченного АЦП на одно преобразование. Количество разрядов АЦП определяет динамический диапазон оцифрованного сигнала.