2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ АЦП
Принцип дії цих АЦП грунтується на підрахунку імпульсів, частота слідування яких f пропорційна вимірюваній величині за чітко визначений інтервал часу Т0 [2]. Т0 – ще називають зразковим часовим інтервалом.
Структурна схема цифрового частотоміра середніх значень наведена на рисунку 2.1 , а часові діаграми роботи – на рисунку 2.2.
T0
fкв
F – формувач імпульсів; Т – RS-тригер; SW1 i SW2 – схеми збігу; G – генератор стабільної частоти, ПЧ – подільник частоти; ЛТ – лічильник; ВП – відліковий пристрій
Рисунок 2.1 - Структурна схема цифрового частотоміра середніх значень
Схема починає працювати за командою “Пуск”, яка встановлює тригер Т у стан логічної одиниці і таким чином відкриває схеми збігу SW1 і SW2. Імпульси, які слідують із частотою fx через формувач F і відкриту схему збігу SW1, надходять на вхід двійкового лічильника ЛТ, який їх підраховує. В цей самий момент часу через відкриту схему збігу SW2 імпульси зразкової частоти f0 з виходу генератора G надходять на вхід подільника частоти ПЧ.
|
|
|
2 t
3 t
Рисунок 2.2 - Часові діаграми роботи частотоміра середніх значень
Коефіцієнт поділу подільника розраховують з урахуванням забезпечення потрібного часового інтервалу Т0. Після закінчення зразкового часового інтервалу заднім фронтом імпульсу T0 тригерT встановлюється у стан логічного нуля, що закриває схеми збігу SW1 і SW2 і в лічильнику фіксується двійковий код N
N = = T0 fx, (2.1)
Де T0 – зразковий часовий інтервал;
fx – вимірювана частота.
Дана рівність є рівнянням перетворення частотоміра, оскільки вона характеризує, яким чином пов’язані між собою вихідна N і вхідна вимірювана величина fx.
З рівнянням перетворення частотоміра випливає, що число імпульсів пропорційне частоті fx і статична характеристика лінійна (рисунок 2.3).
Nx
fx
Рисунок 2.3 - Статична характеристика частотоміра
Рівняння похибки цифрового частотоміра середніх значень буде мати вигляд
δ = 1/N = , (2.2)
тому залежність похибки квантування від частоти fx буде нелінійною (рисунок2.4).
d
fx
Рисунок 2.4 - Залежність похибки квантування від частоти fx
Аналіз рівняння похибки показує, що можливими шляхами зменшення похибки є збільшення зразкового часового інтервалу Т0 і вимірюваної частоти fx . Але збільшення Т0 приведе до збільшення часу вимірювання, що знизить швид-кодію. Оскільки похибка квантування зменшується із збільшенням вимірюваної частоти, то такі частотоміри ефективні в області середніх і високих частот (від одиниць кілогерц до десятків мегагерц).
3. РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ЦИФРОВОГО ТЕРМОМЕТРА
Даний цифровий термометр представляє собою сукупність п’єзоелект-ричного термоперетворювача включеного в схему цифрового частотоміра середніх значень.
Розрахуємо параметри схеми.
Для отримання рівняння перетворення цифрового термометра в рівняння (2.1) замість fx підставимо ft з (1.2)
Nt = T0 fx = T0 (fp + S tx), (3.1)
З урахуванням рівняння (2.2) похибка квантування термометра буде мати вигляд
δ = 1/Nt = , (3.2)
З рівняння похибки квантування (3.2) і даних п.1.4 визначимо зразковий часовий інтервал T0 на виході зразкової міри часу. Він повинен бути більший періода Ttx тому тут підставлямо значення ftmin= fp+ S txmin
T0 = , (3.3)
T0 = ,
Частоту квантування на виході імпульсного генератора G вибирають таку, щоб
Tкв <<T0 .
Частіше всього вибирають генератор з частотою fкв = 1 МГц.
Виходячи з рівняння (3.3) нижня межа вимірювання визначиться так
txmin= (3.4)
Верхня межа вимірювання визначається значенням максимальної ємності двійкового лічильника Nmax.
З рівняння (3.1)
Nmax = T0 fxmax= T0 (fp+ S txmax) (3.5)
Nmax = 6,6·10-4 (103+ 103 ·2100) = 1,4·103.
З врахуванням того, що Nmax = 2n, верхня межа вимірювання визначиться так
txmax = (3.6)
де n – розрядність двійкового лічильника.
Розрядність n, яка необхідна для реалізації двійкового лічильника визначимо за формулою
n = lоg2 Nmax ≈ 10.
ВИСНОВКИ
В курсовій роботі проведено огляд державних еталонів температур, первинних вимірювальних перетворювачів температури (термопари, термометри опору, п’єзоелектричні термоперетворювачі) і в якості вимірювального пере-творювача вибрано п’єзоелектричний термоперетворювач, оскільки він задо-вільняє умові завдання на розробку.
В якості аналого-цифрового перетворюваача вибрано цифровий частотомір середніх значень, описано його роботу і проведено розрахунок основних параметрів схеми:
- частоту f0 генератора зразкової частоти;
- верхню txmax і нижню txmsn межу вимірювання;
- розрядність n двійкового лічильника;
- похибку квантування δK .
ЛІТЕРАТУРА
1. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин. Под ред. Е.С. Полищука.-К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984.
2. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і комп’ютерно- вимірювальна техніка.-К.:НМК ВО, 1991.
3. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) / П.П.Орнатский.- К.: Вища шк., 1986.
4 Поджаренко В.О. та ін. Метрологія та вимірювальна техніка. Для самостійної роботи студентів та виконання курсових робіт. / Вінниця: ВДТУ, 2000 – 65с.
... є нелінійною (рисунок 2.3). d d =F(Ux). Ux Рисунок 2.3 – Залежність похибки квантування від вхідної величини 3 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ЦИФРОВОГО ТЕРМОМЕТРА Виходячи з аналітичного огляду вимірювальних перетворювачів температури (див.розділ 1) та умови завдання на розробку (точність вимі ...
... як специфічністю послуг як товару, так і вельми широким спектром самих послуг як предмета міжнародної торгівлі. По-четверте, не виявлено фірм, які б мали цілком стандартизований міжнародний комплекс маркетингу. Тож можна стверджувати, що поділ комплексів на адаптовані та стандартизовані є суто теоретичним: на сьогодні маркетингові комплекси міжнародних фірм є комбінованими, такими, що поєднують ...
... чено раніше, якщо вибрати правильний напрямок поширення хвилі, можна створити бездротової датчик температури. Середовище поширення міняється разом з температурою, впливаючи на дані на виході. Нижче наведені деякі найбільш загальні способи застосування датчиків акустичних хвиль. Термодатчик будується на термозалежності швидкості поверхневих хвиль, яка визначається напрямком і типом кристалічного ...
... радіоактивні ізотопи (цезій, стронцій); мікотоксини (афлатоксин В1, М1, патулін, охратоксини тощо); антибіотики; залишки мийних та дезінфікувальних засобів. Маючи на меті виробництво безпечних харчових продуктів необхідно знати шляхи контамінації продовольчої сировини та готової продукції шкідливими речовинами та загальні принципи профілактики. Основними шляхами забруднення сировини та харчових ...
0 комментариев