Міністерство освіти і науки україни

Національний авіаційний університет

Кафедра Авіаційних радіоелектронних комплексів

Домашнє завдання

з дисципліни «Радіовимірювальні пристрої та системи»

Виконав:

студент групи РС-320

Піньковський О.І.

Номер заліковки:

КВ №10477200

Перевірив:

Хмелько Ю.М.

Київ 2015

Содержание

1. Основные технические характеристики к цифровым измерительным приборам и АЦП

2. Измеритель нелинейных искажений

3. Основные методы уменьшения погрешности измерительного прибора

4. Оценка погрешностей измерителя нелинейных искажений

5. Цифровой измеритель нелинейных искажений с микроконтроллером

Литература

1 Основные технические характеристики к цифровым

измерительным приборам и АЦП

Технические требования, методы испытаний и правила приемки для основной части цифровых измерительных приборов установлены ГОСТ 14014—82 «Приборы и преобразователи измерительные напряжения, тока, сопротивления цифровые. Общие технические условия», который распространяется на ЦИГ1 постоянного и переменного на­пряжения и тока, сопротивления постоянному току на комбинирован­ные ЦИП и измерительные АЦП автономного и системного применения.

ЦИП изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 14014— 82 и ГОСТ 22261—82 (п. 2.2). ГОСТ 14014—82 устанавливает следую­щие основные требования к нормированию метрологических харак­теристик ЦИП.

Ступень квантования ЦИП должна быть указана для каждого диа­пазона в технических условиях на прибор.

Основную погрешность ЦИП нормируют без разделения на система­тическую и случайную составляющие погрешности, если для любого значения входного сигнала (с погрешностью не свыше 0,1 ступени квантования) и при практическом отсутствии помех при десяти после­довательных измерениях результат измерения принимает не более трех различных значений; в противном случае — основную погреш­ность нормируют в виде систематической и случайной составляющих.

Предел допускаемого значения вариации нормируют, если для дан­ного ЦИП по принципу действия основная погрешность или ее систе­матическая составляющая могут изменяться в зависимости от направ­ления изменения информативного параметра входного сигнала более чем на ступень квантования.

Предел допускаемой основной погрешности ЦИП нормируется либо в виде приведенной погрешности

y = ± d = ∆/Хн • 100 %

либо в виде относительной погрешности

б=±(с+d(|Хн/Х| — 1))%,

где Д — предел допустимой абсолютной основной погрешности в еди­ницах измеряемой величины, с и й постоянные числа, которые выби­рают из ряда (1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 7; 8)- 10^п, где п ~ 1,0; —1; —2 и т. д. при этом 2 < с!<1 < 20; п = 1 только для ЦИП. При п = 1 зна­чение с < 20; значения с и й кратные 3, 7, 8 допускаются лишь для приборов постоянного тока при п < -2.

Метрологические характеристики (дополнительные погрешности и функции влияния) ЦИП нормируют для нормальных условий приме­нения, если наибольшее изменение метрологической ха­рактеристики, вызванное изменениями внешних величин или неин­формативного параметра входного сигнала в пределах нормальных усло­вий, указанных в табл. 17, превышает 20 % нормированного значения метрологической характеристики.

Метрологические характеристики ЦИП нормируют для рабочих условий применения, если изменение метрологической характеристики, вызванное изменением внешней влияющей величины или неинформа­тивного параметра сигнала, в пределах рабочих условий применения не превышают 20 % нормированного значения метрологической характеристики.

В этих случаях дополнительные погрешности и функции влияния не нормируют.

Таблица 1. Нормальные условия применения ЦИП

Влияющая величина	Нормальное значение (нормальная область значений), если ука­зания отсутствуют	Допускаемое отклонение от нормального значения (если оно не любое)
Температура окружающей среды, °С	20	±1 °С для приборов постоянного тока с с< 0,005 и с с<0,01 для приборов пере­менного тока; ±2°С для приборов пос­тоянного тока с 0,02>с >0,005 и с 0,1 > с >0,01 для приборов переменного тока; ±5°С для остальных приборов
Относительная влажность окружающей среды, %	45 ... 80
Атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	84 ... 106,7 (630. . . 800)
Внешнее магнитное поле	Практическое отсутствие	Магнитное поле Земли
Частота питающей сети, Гц	50 или 400	+ 1 %; +3 %
Напряжение питающей сети переменного'тока	Номинальное значение по ГОСТ 21128—75	±10%
Форма кривой переменного на- пряження питающей сети	Синусоидальная	Коэффициент гармоник не превышает 5 %
Напряжение питания для встраиваемых источников питания	Номинальное значенне по ГОСТ 21128—75	± 10 %

Дополнительные погрешности ЦИП, вызванные изменениями тем­пературы окружающей среды в пределах рабочих температур на каж­дые 10 °С не должны превышать:

- пределов допускаемых основных погрешностей для ЦИП постоян-- ного тока с постоянной с < 0,02 и ЦИП переменного тока с постоян­ной с 0,2;

- половины пределов допускаемых основных погрешностей для ос­тальных ЦИП.

Дополнительные погрешности ЦИП, вызванные изменениями внеш­него однородного синусоидального магнитного поля частотой 50 Гц, с индукцией 0,5 мТл не должны превышать половины значений основ­ной погрешности.

Для ЦИП установлены два режима измерений периодический и ра­зовый.

Коды выходных сигналов ЦИП должны соответствовать ГОСТ 26.14-81, а параметры выходных кодовых сигналов и сигналов управления должны соответствовать ГОСТ 26.013—81.

Согласно ГОСТ 26.14-81 «ЕССП. Средства измерения и автоматизации. Сигналы элек­трические кодированные входные и выходные» для передачи информа­ции между средствами измерения и автоматизации входные и выходные коды следует выбирать из сле­дующего:

- единичный позиционный, в котором число выражается положением (порядковым но­мером) знака 1 в ряду зна­ков 0;

- двоичный нормальный, в котором число выражается в двоичной системе счисления сочетанием знаков 1 и 0;

- единично-десятичный, в ко­тором число выражается по каждому десятичному разряду в единично-позиционном коде;

Таблица 2. Диапазоны напряжений высокого и низкого уровней сигналов для ЦИП, имеющих на входе и (или) выходе интегральные микросхемы

Вид сигнала	Диапазон напряжений. В
	высокий уровень	низкий уровень
Выходной	2,40 ... 5,25	0…0,50
Входной	2,00 . . . 5,25	—0,40 ... +0,80
Выходной	7,70 . . . 9,45	0 ... 0,50
Входной	7,00 .. . 9,45	—0,20 ... +1,40
Выходной	12,00 ... 16,50	0 ... 1,50
Входной	7,50 .. . 16,50	0 ... 6,50

- двоично-десятичный, в котором число выражается по каждому десятичному разряду в двоичном нормальном коде.

Параметры кодовых электрических входных и выходных сигналов ЦИП должны выбираться в соответствии с ГОСТ 26.013—81 «ЕССП.

Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с диск­ретным изменением параметров, входные и выходные». В кодовых сигна­лах, предназначенных для обмена информацией между средствами измерения и автоматизацией, могут быть использованы дискретные изменения амплитуд, длительностей импульсов, фаз. и частот запол­нения.

При изменении амплитуд абсолютные значения их верхних уров­ней для двоичных многоуровневых сигналов необходимо выбирать из ряда: для напряжений — (0,6); (1,2); 2,4; 6,0; 12,0; 24,0; (27,0); 48,0; 60,0; 110,0; (220,0) В; для токов —1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000 мА.

Значения амплитуд двоичных сигналов нижнего уровня не долж­ны превышать 5 или 10% номинального значения сигнала верхнего уровня. Если ЦИП на входе или выходе имеют интегральные микросхе­мы, то амплитуды напряжений кодовых входных и выходных сигналов необходимо выбирать из табл. 2.

Выбор диапазона измерений ЦИП должен производиться вручную и (или) автоматически, и (или) дистанционно. Выбор полярности ЦИП и ее индикация выполняется автоматически.

Приборы должны сохранять результат измерения до ввода новой информации или до начала следующего цикла измерения, или до вы­дачи результата измерений приемнику информации.

Для ЦИП, предназначенных для измерения напряжения постоян­ного тока должны устанавливаться коэффициенты подавления помех нормального вида, общего вида (когда ни один из зажимов прибора не соединен с корпусом), а также допустимый уровень этих помех. При наличии отключаемого входного фильтра коэффициент подавле­ния помех устанавливается при включенном и отключенном фильтре. Коэффициент подавления помех нормального вида должен нормиро­ваться для двух частотных диапазонов: от (f_ном — ∆f) до (f_ном + ∆f); от 2(f_ном — ∆f) до 2(f_ном + ∆f);

Допустимая амплитуда помехи нормального вида должна быть не менее 0,1 х_я.

Коэффициент подавления помехи общего вида должен нормиро­ваться при разбалансе внешних измерительных цепей, равном 1 кОм при частоте помехи в диапазоне от от (f_ном — ∆f) до (f_ном + ∆f) и амплитуде помехи не свыше 100В.

При проверке коэффициента подавления помех сигнал помехи пере­менного тока должен подаваться через разделительный трансформатор. Коэффициент подавления помех К_п определяют по формуле:

Кп = 20log Uмп/∆U,

где Uмп — амплитуда помехи; ∆U — максимальная разность между показаниями ЦИП с помехой и без помехи.

ЦИП должны иметь следующие показатели надежности: безотказ­ности в виде наработки на отказ, который нормирован для ЦИП, рав­ным 1500 ч, а для АЦП — 2000 ч; долговечности, в виде среднего срока службы до списания, который должен быть не менее восьми лег; ре- монтнопригодности в виде среднего времени восстановления, который выбирают из ряда 1; 1,5; 2; 4; 6; 10; 12; 18; 24; 36; 48 и 96 ч.

Для ЦИП, предназначенных для измерения среднего квадратиче­ского значения напряжения переменного тока и реагирующих на СКЗ измеряемого напряжения, в технических, условиях необходимо ука­зывать предельное значение коэффициента амплитуды К_а или коэффи­циента гармоник Кг.

В технических условиях на ЦИП и АЦП необходимо указывать время измерения, для АЦП время измерения следует выбирать из ряда (1,5; 1,6; 2; 2,5; 4; 5; 6; 8; 10) 10^-к с, где к положительное целое число. Из этого ряда значение 1,6 рекомендуется принимать только при к= 1.

Для интегральных ЦАП и АЦП ГОСТ 24736—81 «Преобразователи интегральные цифро-аналоговые и аналого-цифровые» установлены следующие понятия:

- дифференциальная нелинейность — максимальное отклонение раз­ности двух аналоговых сигналов, соответствующих последовательной смене кодов, от значения, соответствующего единице младшего зна­чащего разряда кванта, выраженная в процентах или долях кванта. Дифференциальная нелинейность должна выбираться из следующего ряда: 1/16; 1/8; 1/4; 1/2; 3/4 и 1 квант;

- нелинейность ЦАП — отклонение от установленной прямой линии характеристики преобразования, выраженная в процентах. Нели­нейность АЦП — отклонение (в процентах) от установленной прямой линии — точек характеристики преобразования, делящих пополам расстояние между средними значениями пороговых уровней входного сигнала, при которых происходит смена кодов. Нелинейность выбира­ется из ряда 0,0015, 0,0031, 0,0061, 0,0122, 0,0244, 0,0489; 0,195, 0,391, 0,781, 1,562 и 6,25 %.

ГОСТ 24736—81 установлены также сочетания значений основных параметров аналого-цифровых преобразователей. Для интегрирующих АЦП они указаны в табл. 3, а для не интегрирующих АЦП— в табл. 4.

Таблица 3. Установленные сочетания значений времени преобразования и числа разрядов для неннтегрирующих АЦП

Время преобразования, мкс	Число разрядов
	4	6	8	10	12	14	16
До 0,05 включительно	+	+	+
Свыше 0,05 до. 0,5 включительно	+	+	+	+	+
Свыше 0,5 до 5,0 включительно			+	+	+	+	+
Свыше 50					+	+	+

Таблица 4. Установленные сочетания значений времени преобразования и числа разрядов для интегрирующих АЦП

Время преобразования, мкс	Число разрядов
	8	10	12	14	16
До 5 включительно	+	+	+
Свыше 5 до 50 включительно	+	+	+	+	+
Свыше 50			+	+	+