R2			1		C0			1
fвых =					+					.
	2πR C			R		C	x		R
	д	д		0					1

Из полученного выражения видно, что, изменяя значение, R0 в ИЦ можно установить заданное значение начальной частоты, а изменением R1 -

заданное значение наклона функции преобразования C0 / Cx в fвых .

Для преобразования другого информативного параметра (Cx −C0 ) / Cx

или (C1 −C2 ) /(C1 +C2 ) необходимо использовать в частотонезависимом канале соответствующую этому параметру ИЦ с потенциально-токовым выходным сигналом (см. ИЦ с потенциально-токовым выходным сигналом).

2.3. Измерительные цепи емкостных датчиков с дискретным выходным сигналом

Выходным сигналом рассматриваемых ИЦ является число N x прямо пропорциональное информативному параметру PИНФ ПП датчика. В процессе преобразования PИНФ PИНФ в N x в ИЦ осуществляется, как правило,

уравновешивание тока, текущего через C0 , током, текущим через Cx , или уравновешивание напряжения, пропорционального PИНФ. Как в первом, так и во втором случаях для формирования уравновешивающей величины используется управляемый делитель напряжения (УДН), коэффициент передачи которого является выходной величиной ИЦ N x , причем N x = PИНФ .

Рассмотрим принцип действия ИЦ (рис. 5.15), обеспечивающей преобразование PИНФ = C0 / Cx в число или код N x . Усилитель У выполняет функцию сравнения токов IC0 и ICx . В первый момент времени эти токи не равны между собой и выходное напряжение усилителя U У отличается от нуля.

128

Рисунок 2.15

Оно выпрямляется выпрямителем В и поступает на вход схемы сравнения СС, которая сравнивает напряжение U B с нулем. По результату сравнения СС

изменяет коэффициент		передачи УДН	N x до	тех	пор, пока U B , а
следовательно,и U У	не будет равно нулю. Тогда ток ICx				скомпенсирует ток
IC0 , т.е.
IC0 + ICx	= 0	или U ГωC0 +U ГωN xCx = 0		или	C0 + N xCx = 0 .
Откуда N x равно

Nx = −C0 Cx

и пропорционально информативному параметру. Знак минуса означает, что напряжение U д должно быть противофазным по отношению к UГ и,

следовательно, УДН должен не только изменять амплитуду выходного напряжения, но и инвертировать входной сигнал.

Если информативным параметром является относительное изменение рабочей емкости датчика, т.е. PИНФ = (Cx −C0 ) / Cx , то в состоянии равновесия

выходной сигнал ИЦ Nx должен быть равен PИНФ , т.е. 129

Nx =	Cx −C0		.
	Cx
Синтезируем ИЦ, обеспечивающую указанную функцию преобразования.
Из требуемой функции преобразования получим
NxCx −Cx +C0 = 0 или		(N x −1)Cx +C0 = 0,
т.е. для уравновешивания ИЦ на рабочий конденсатор следует подать
напряжение равное U Г(N x −1) . Это		можно обеспечить введением

дополнительного канала с коэффициентом передачи, равным (–1) и последующим суммированием Uд и −U Г . Полученное таким образом суммарное напряжение UΣ (рис. 5.16) будет создавать в Cx ток,

уравновешивающий ток IC0 . Заменяя в рассмотренной ранее ИЦ УДН на полученную выше схему формирования уравновешивающего напряжения

Рисунок 5.16

(рис. 5.16) получим измерительную цепь (рис. 5.17), обеспечивающую преобразование (Cx −C0 ) / Cx в Nx .

Рассмотрим синтез ИЦ дифференциального емкостного датчика,

обеспечивающую	преобразование	информативного	параметра
PИНФ = (C1 −C2 ) /(C1 + C2 ) в код. В состоянии равновесия имеем

130

N	x	=	C1	−C2	или (N	x	−1)C +(N	x	+1)C	2	= 0
			C1	+C2			1

и, следовательно, для уравновешивания в ИЦ необходимо сформировать два канала с регулируемым напряжением, причем коэффициент передачи одного из каналов должен быть равен (N x −1) , а другого (N x +1) . С учетом сказанного ИЦ дифференциального емкостного датчика имеет вид, изображенный на рис. 5.18.

Рисунок 5.17

В рассмотренных ИЦ осуществляется уравновешивание тока, текущего через C0 током, текущим через Cx . Как отмечалось ранее, для преобразования

PИНФ в Nx возможно уравновешивание напряжения пропорционального PИНФ .

131

Рисунок 5.18

В этом случае, общая, для всех возможных вариантов построения измерительных цепей, будет структурная схема, изображенная на рис. 5.19, где ИП – измерительный преобразователь представляющий собой одну из

рассмотренных ранее измерительных цепей с выходным напряжением U P			,
		инф
прямо пропорциональным PИНФ .

Рисунок 5.19

В состоянии равновесия

132

U Pинф −Uд = 0 .

Если U Pинф , например, равно U Г (Cx −C0 ) / Cx , то

U Г (Cx −C0 ) / Cx −U ГN x = 0 .

Откуда

Nx = CxC−xC0 .

Для дифференциального датчика		U P		=UГ(C1 −C2 ) /(C1 +C2 ) , а
		инф
выходной сигнал равен
Nx =	C1	−C2	.
	C1
		+C2

Измерительные цепи с уравновешиванием напряжения более сложны, но в них операционный усилитель не входит в контур уравновешивания. Это предоставляет возможность использования структурных методов повышения точности преобразования PИНФ в напряжение и, следовательно, повысить точность преобразования PИНФ в Nx .

Рисунок 5.20 133

Одним из основных узлов рассмотренных выше ИЦ является УДН, выполненный на основе ЦАП, функциональная схема которого изображена на рис. 5.20. На управляющие входы ЦАП подается код числа Nx с выхода реверсивного счетчика СТ. На счетный вход СТ поступают прямоугольные импульсы, вырабатываемые формирователем Ф, а направление счета зависит от состояния схемы сравнения СС. Наличие счетчика в контуре уравновешивания

обуславливает астатизм системы регулирования.			Поэтому	погрешность
уравновешивания	тока	или напряжения	не превышает зоны

нечувствительности схемы сравнения и не зависит от значения PИНФ .

Рассмотренные ИЦ с дискретным выходным сигналом обладают высокой точностью, но низким быстродействием.

134

Глава 6. Структурные методы повышения точности измерительных преобразователей

6.1. Классификация методов коррекции погрешности средств измерений

В основе коррекции погрешности ИП систем управления лежат те же методы, что в измерительных приборах. Однако в системах управления ИП является составной частью самой системы, работающей в автоматическом режиме. Это исключает возможность осуществления ручной коррекции погрешности и вынуждает осуществлять коррекцию погрешности автоматически, без участия оператора. Поэтому либо система управления, кроме выполнения основной своей функции, должна осуществлять дополнительные операции, направленные на обеспечение выполнения коррекции погрешности, либо ИП должен сам выполнять операции, связанные с коррекцией его погрешности. Независимо от процедуры алгоритма повышения точности, коррекция погрешности приводит к аппаратурной и временной избыточности ИП.

Для осуществления коррекции погрешности необходимо иметь в наличии или создать величину, с помощью которой будет формироваться корректирующее воздействие. Этой величиной может быть влияющая величина F , воздействующая на ИП, или неинформативный параметр входного сигнала PH , обуславливающие появление погрешности. Кроме того, в качестве такой величины во многих случаях выступает величина, пропорциональная погрешности корректируемого ИП. Поэтому структурные методы коррекции погрешности подразделяют на методы с использованием разомкнутых и замкнутых по входной величине структур.

Методы коррекции с использованием разомкнутых по входной величине структур основаны на формировании корректирующего воздействия путем преобразования неинформативного параметра входного сигнала PH (рис. 6.1а)

135

или влияющей величины F (рис. 6.1б), в		величину, используемую для
коррекции погрешности. Для реализации такой		коррекции	необходимо
ввести	в ИП дополнительно корректирующий преобразователь КП1 или

КП2, а сам корректируемый преобразователь П должен дополнительно иметь в своем составе узлы, обеспечивающие в соответствии с корректирующим воздействием процедуру уменьшения погрешности: a = f (PH ) или a = f (F) .

Рисунок 6.1 Кроме того, корректирующие преобразователи должны обладать

избирательностью: КП1 – преобразует неинформативный параметр PH , а КП2 –

влияющую величину F .

Методы коррекции с использованием замкнутых по входной величине структур основаны на сравнении входной величины с величиной, полученной из выходной величины путем ее обратного преобразования (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 136

Полученная разность x преобразуется корректирующим преобразователем в корректирующее воздействие a = f ( x) . Реализация такого метода коррекции требует дополнительного введения не только корректирующего преобразователя, но и других узлов, таких как схема сравнения СС и обратный преобразователь ОП.

В соответствии принципом инвариантности для формирования корректирующего воздействия необходимо иметь либо дополнительный канал, либо дополнительный такт преобразования информации. Поэтому методы коррекции подразделяются на методы пространственного и временного разделения каналов. В тоже время, независимо от метода, используемого для получения корректирующего воздействия, различают аддитивные, мультипликативные и логометрические способы повышения точности средств измерений. Применение того или иного способа повышения точности определяется, в большинстве случаев, преобладанием одной из составляющих погрешности: аддитивной, мультипликативной или погрешности от нелинейности функции преобразования ИП.

К наиболее простым методам коррекции относятся установка нуля, калибровка, введение поправки и обработка результатов преобразования. Первые три метода можно реализовать как с использованием микропроцессора, так и без него. В первом случае микропроцессор по известной функции преобразования Y = f ( X , PH , F ) и по величине, пропорциональной корректирующему воздействию, рассчитывает выходной сигнал и тем самым осуществляет коррекцию погрешности. Во втором случае, корректирующее воздействие вводится непосредственно в ИП таким образом, чтобы его выходной сигнал не зависел бы ни от PH , ни от F . Метод обработки результатов преобразования реализуется только с использованием микропроцессора.

137

6.2. Коррекция погрешностей измерительных преобразователей прямого преобразования входной величины

Различают аддитивные, мультипликативные, логометрические и комбинированные методы уменьшения или исключения погрешностей преобразования с разомкнутой по входному сигналу структурой или преобразователей прямого преобразования входной величины.

Коррекция погрешности ИП с пространственным разделением каналов. Коррекция погрешности ИП с разомкнутой по входному сигналу структурой при пространственном разделении каналов отличается:

–необходимостью в специальных корректирующих преобразователях величины, вызывающей погрешность, в величину, используемую для коррекции погрешности, причем эта величина должна быть однородной с одной из величин, входящих в функцию преобразования;

–отсутствием затраты времени на коррекцию, ввиду наличия дополнительных каналов.

Методы пространственного разделения каналов в преобразователях с разомкнутой по входной величине структурой наиболее эффективны при жестко фиксированной программе коррекции в пределах заданного диапазона изменения влияющей величины. Изменение заранее известного закона изменения влияющей величины приведет к изменению корректирующего воздействия, а, следовательно, нарушит саму коррекцию погрешности.

Аддитивные методы исключения погрешностей осуществляются в дифференциальных устройствах подачей корректирующего воздействия на разностное устройство или сумматор Σ (рис. 6.3). Если основной

преобразователь П обладает аддитивной погрешностью

Ya ,

138

Рисунок 6.3

вызванной действием влияющей величины F , то выходной сигнал основного

преобразователя y1	равен
	y1 = Kx + ya	или y1 = Kx + k1F ,
где k1 - коэффициент передачи		влияющей	величины	F основного
преобразователя П.
Влияющая величина F также		воздействует и на корректирующий
преобразователь КП, на выходе которого формируется				величина	Yк
пропорциональная	F и однородная	с y1 . Если	обеспечить коэффициент
передачи КП kКП , равный k1 , то тогда

YК = kКПF = k1F ,

а выходная величина ИП Y равна

Y = y1 − YК = K x

и не содержит аддитивной погрешности. Из приведенных рассуждений видно, что эффективность коррекции зависит от точности, с которой выполняется равенство kКП = k1 .

В ИП с мультипликативной коррекцией обычно используется множительное устройство МУ (рис. 6.4). Если в основном преобразователе П преобладает мультипликативная погрешность, вызванная воздействием

139

Рисунок 6.4

влияющей величины F , то выходной сигнал преобразователя y1 описывается выражением

y1 = Kx(1 +γМ ) ,

где γМ = k1 F .

Влияющая величина F воздействует на корректирующий преобразователь КП и на его выходе формируется сигнал корректирующего воздействия yК вида

	yК = yК0 (1 + kКПF ) .
Корректирующее воздействие поступает на множительное устройство,
выходной сигнал которого Z равен произведению y1 и yК , т.е.
Z = y1 yК = Kx(1 + k1F ) yК0 (1 + kКПF )
или
Z = K y	К0	x(1 + k	КП	F + k F + k k		F 2 ) .
				1	1 КП

Из выражения для выходного сигнала ИП видно, что для обеспечения коррекции погрешности необходимо обеспечить коэффициент передачи КП kКП , равный −k1 , т.е. kКП = −k1 . Тогда выходной сигнал ИП будет равен

Z = K y	К0	x(1−k k	КП	F 2 )	или	Z = K y	К0	x(1 −γ 2 ) .
		1						М
				140

При γМ <<1 имеем

Z = K yК0 x

и, следовательно, выходной сигнал ИП уже не содержит мультипликативной погрешности. Поэтому для обеспечения мультипликативной коррекции необходимо выполнить одновременно два условия:

kКП = −k1 и γМ <<1.

Логометрическая коррекция погрешности осуществляется делительным устройством ДУ, входящего в состав ИП (рис. 6.5). Предположим, что основной преобразователь имеет погрешность, вызванную влияющей величиной F . Тогда y1 равен

y1 = K x[1+γ(F )].

Корректирующий преобразователь работает таким образом, что его выходной сигнал зависит от влияющей величины F следующим образом

yк = x0 (1+ kКПF ) .

Рисунок 6.5

Выходной сигнал ИП равен отношению y1 и yК

Z =	y1		=	Kx[1+γ(F )] .
	y	К		x (1+ k	КП	F )
				0

Из выражения для выходного сигнала Z видно, что для исключения

погрешности преобразования, вызванной влияющей величиной F , необходимо

141

иметь у КП такой коэффициент передачи, чтобы выполнялось равенство kКП F =γ(F ) . Если это равенство выполняется, то выходной сигнал ИП Z не зависит от влияющей величины F , т.е.

Z = K x . x0

Если x и x0 однородные величины, то при логометрической коррекции погрешности автоматически осуществляется относительное измерение или преобразование отношения двух величин. Последнее, очень важно для измерительных цепей параметрических датчиков, которые в большинстве случаев должны обеспечивать преобразования именно отношения двух выходных пассивных величин параметрического преобразователя датчика.

Если в основном преобразователе П наряду с погрешностью γ(F ) имеет

место явно выраженная аддитивная погрешность Ya , соизмеримая с γ(F ) , то для коррекции такой погрешности целесообразно использовать комбинированную (в данном случае аддитивно-логометрическую) коррекцию. ИП с аддитивно-логометрической коррекцией изображен на рис. 6.6 и представляет собой трехканальное устройство с двумя корректирующими преобразователями КП1 и КП2, причем КП1 вырабатывает воздействие YК ,

корректирующее аддитивную погрешность. Корректирующий преобразователь КП2 вырабатывает корректирующий сигнал yК , позволяющий исключить погрешность γ(F ) .

142

Рисунок 6.6

Принцип коррекции погрешности в рассматриваемом ИП описывается следующей системой уравнений

y		= K x[1+γ(F )] + y
	1				a
yК = x0 (1+ kКП2 F) + ya .
	y	К	= k	КП1	F

В вычитающих устройствах Σ1 и Σ2 осуществляется аддитивная коррекция погрешностей преобразователей П и КП2. Выходные сигналы

вычитающих устройств

yΣ

и

yΣ

2

не

будут

содержать аддитивной

1

погрешности, если КП1 имеет такой

коэффициент передачи, при котором

yК = ya . Тогда при kКП =

Ya / F выходные величины yΣ и yΣ

2

будут равны

1

1

yΣ = K x[1 +γ(F )]

и

yΣ

2

= x0 (1 + kКП

2

F ) .

1

Выходной сигнал ИП, представляющий собой отношение этих величин

равен

Z = K x[1+γ(F)] x0 (1+ kКП2 F )

и не зависит от F при условии, если kКП2 =γ(F ) / F . Тогда

143

Z = K x x0

и, следовательно, выходной сигнал ИП не содержит ни от аддитивной погрешности Ya , ни погрешности γ(F ) .

Рассмотренные методы коррекции погрешности целесообразно применять в тех случаях, когда, во-первых, дополнительная погрешность, вызванная влияющей величиной, преобладает над основной погрешностью ИП, во-вторых, при наличии избирательных преобразователей влияющей величины в корректирующий сигнал и, в-третьих, когда корректируемая погрешность является систематической и является функцией только одного влияющего фактора.

Коррекция погрешности ИП с временным разделением каналов. ИП с разомкнутой по входной величине структурой, в которых осуществляется коррекция погрешности за счет временного разделения каналов, отличаются от других ИП следующими особенностями:

–ИП имеет одноканальную структуру;

–низким быстродействием в связи с дополнительными затратами времени на коррекцию погрешности;

–ИП не содержит специальных корректирующих преобразователей влияющей величины;

–преобразование информативного параметра и формирование корректирующего воздействия осуществляются в разные моменты времени;

–корректирующее воздействие формируется в специально отведенный для этой цели момент времени.

Аддитивная коррекция погрешности реализуется в ИП с периодическим вводом входной и образцовой величин, причем в большинстве случаев при такой коррекции x0 = 0 (рис. 6.7). Ключ КЛ.1 поочередно подключает к входу

144

Рисунок 6.7

корректируемого преобразователя П x и x0 . Синхронно с ним ключ КЛ2

подключает к входам запоминающих устройств ЗУ1 и ЗУ2 выход преобразователя П. В результате этого на разностное устройство, выполненное на сумматоре Σ, подаются два сигнала y11 и y22 , являющиеся запомненными значениями выходного напряжения преобразователя в двух тактах его работы. Выходной сигнал ИП Z равен разности результатов преобразований в двух тактах работы ИП, т.е.

Z = y11 − y22 .

В свою очередь

y11	= kЗУ	y1 и		y22	= kЗУ		2	y2 ,
	1
причем y1 = K x + Ya , а y2 =		YК . С учетом этого выходной сигнал ИП
равен
Z = (K x + Ya )kЗУ					− yКkЗУ				2	.
				1
Из выражения для Z	видно,		что		для		исключения аддитивной
погрешности необходимо выполнить равенство:
	Ya kЗУ		=	YКkЗУ		2
		1

Тогда

Z= K kЗУ1 x

145

и выходной сигнал ИП не содержит аддитивной погрешности. Мультипликативная коррекция осуществляется по более сложному алгоритму, последовательность выполнения которого рассмотрим на примере ИП, приведенного на рис. 6.8. В первом такте работы ИП на вход основного преобразователя подается входная величина x через ключ КЛ1, а выходная величина преобразователя П запоминается в ЗУ1 и подается на вход множительного устройства

y1 = K x(1 + γ ) .

Рисунок 6.8

Во втором такте на вход П подается образцовая величина x0 , результат преобразования которой запоминается в ЗУ2

y2 = K x0 (1 +γ)

и поступает на разностное устройство, выполненное на сумматоре Σ. На другой вход разностного устройства поступает образцовая величина x0 ,

146

увеличенная в 2K раз. На входе разностного устройства формируется корректирующее воздействие

yК = 2K x0 − y2 = K x0 (1 −γ) ,

которое поступает на множительное устройство МУ. Выходной сигнал Z равен произведению y1 и yК

Z= y1 yК = K 2 x0 x(1−γ 2 )

ине содержит погрешности в первой степени. Поскольку γ <<1, то выходной

сигнал ИП равен

Z = K 2 x0 x .

Принцип логометрической коррекции при временном разделении каналов заложен в ИП, приведенном на рис. 6.9. В первом такте ключи КЛ.1

Рисунок 6.9 и КЛ.2 коммутируют соединение таким образом, что в ЗУ1 запоминается

результат преобразования x

y1 = K x(1 +γ ) ,

а во втором такте в ЗУ2 запоминается результат преобразования x0 y2 = K x0 (1 +γ ) .

Выходной сигнал делительного устройства Z равен отношению y1 и y2

147

	Z =	K x(1 +γ)	=	x
		K x0 (1 +γ)		x0
	и не зависит от погрешности γ .

Удачной реализацией логометрической коррекции ИП с разомкнутой по входной величине структурой при временном разделении каналов являются измерительные преобразователи двухтактного интегрирования. На рис. 6.10 приведена простейшая реализация такого ИП. В первом такте длительность

Рисунок 6.10

которого T0 является заданной, интегратор Инт накапливает входной сигнал и его выходная величина равна

Z1 = K x(1 +γ)T0 /τ ,

τ – постоянная времени интегратора Инт.

Во втором такте длительностью Tx интегрирование образцового сигнала

( − х0 ) происходит в обратном направлении до полного разряда интегратора.

Окончанием второго такта интегрирования является полный разряд интегратора, т.е. Z = 0

Z = Z1 − Z2 = K x(1 +γ)T0 /τ − K x0 (1 +γ )Tx /τ = 0 .

Тогда

Tx =T0 xx0

148

и не зависит от погрешности γ . При наличии соизмеримых аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности применяют комбинированную аддитивно-логометрическую коррекцию погрешности. На рис. 6.11 приведена структурная схема ИП, поясняющая рассматриваемую коррекцию погрешности.

				Рисунок 6.11
	Работа ИП разбита на четыре такта, формируемых сигналами управления
U упр	и U упр	2		(рис. 6.12). В первом такте вход и выход преобразователя П
1

Рисунок 6.12

149

подключены таким образом, что на выходе ЗУ1 формируется сигнал y11

y11 =[K x(1 +γ) + Ya ]kЗУ .
			1
Во втором такте на вход П подается ноль, а его выход подключается к
ЗУ2, где запоминается первый сигнал коррекции yК
yК =	YК kЗУ	2	.
1

В третьем такте ключи КЛ.2 и КЛ.3 переключаются в другое состояние, а ключи КЛ.1 и КЛ.4 возвращаются в исходное состояние. В результате, этого на вход П поступает образцовый сигнал x0 . Выходной сигнал преобразователя П Y21 запоминается в ЗУ3

y21 =[K x0 (1 +γ) + Ya ]kЗУ3 .

В последнем, четвертом, такте формируется второй сигнал коррекции

yК2

yК2 = Yк kЗУ4 .

Все полученные выше сигналы запоминаются в ЗУ1 - ЗУ4 и с их выходов поступают на разностные устройства Σ1 и Σ2 , где происходит коррекция аддитивной погрешности сигналов y11 и y22 . В результате коррекции имеем

y1	= K x(1 +γ)kЗУ	+ Yа kЗУ	−YКkЗУ	2
	1	1

и

yК = K x0 (1 +γ)kЗУ3 + Ya kЗУ3 − YК kЗУ4 .

Из приведенных выражений для				y1 и yК			видно, что для полной
коррекции аддитивной погрешности необходимо выполнить соотношения
kЗУ =	YК kЗУ	2	и	kЗУ	3	=	YК kЗУ	4	.
1	Ya						Ya

150

Если эти соотношения выполнены, то y1				и yК				не содержат аддитивной
погрешности, а выходной сигнал ИП Z , равный								отношению y1 и yК
описывается выражением
	K x(1	+γ)kЗУ			kЗУ			x
Z =		1	=		1
					kЗУ3
	K x(1	+γ)kЗУ3						x0

и не зависит ни от Ya , ни от γ .

Все рассмотренные методы применимы для уменьшения или исключения систематической погрешности, возникающей от действия влияющей величины F , а так же для уменьшения случайных погрешностей, остающихся практически постоянными в пределах цикла преобразования.

6.3. Коррекция погрешностей измерительных преобразователей с уравновешиванием входной величины

Методы коррекции ИП с замкнутой по входной величине структурой заключаются в создании корректирующего воздействия, управляемого погрешностью преобразования. Выявление погрешности преобразования осуществляется путем сравнения входного и выходного сигналов ИП. Поэтому такие методы можно применять только для величин, удобных для сравнения. Чаще всего эти величины являются однородными.

Коррекция погрешности при пространственном разделении каналов.

Основными методами в рассматриваемом случае являются методы аддитивной и методы мультипликативной коррекции, которые обычно называют методами автоматического введения поправки и методами калибровки соответственно.

В измерительных преобразователях с аддитивной коррекцией или с автоматическим введением поправки (рис. 6.13) выходная величина равна сумме выходных сигналов основного (первого) и корректирующих (в нашем случае только одного второго) каналов. Сигнал ошибки формируется в

151

разностном устройстве Σ1 в результате сравнения		входной x	и выходной
K1 x(1 +γ)	величин преобразователя K1
	xК = x − K1 x(1 +γ)β ,
где β -	коэффициент отрицательной обратной	связи или	коэффициент
передачи обратного преобразователя.
Этот сигнал усиливается преобразователем K2		и поступает на сумматор

Σ2 , выходной сигнал y которого будет равен:

y = K1 x(1 +γ) +[x − K1 x(1 +γ )β]K2

или

y = K1 x + K1 x γ − K1 x(1 +γ)β K2 + K2 x .

Откуда видно, что для исключения погрешности из результата преобразования необходимо выполнить условие

K1 x γ − K1 x(1 +γ)β K2 + K2 x = 0 .

Рисунок 6.13

152

Откуда необходимое для этого значение K2 равно

K2 = K1(1K+1γ)γβ −1.

Обычно β равно идеальному значению коэффициента передачи основного преобразователя, т.е. β = K1 . Тогда

K2 =1K+1γ −γ1 = K1.

Поэтому при идеальных сумматоров Σ1, Σ2 и β коэффициент передачи корректирующего канала должен быть равен идеальному значению коэффициента передачи основного преобразователя.

Коррекция погрешности за счет временного разделения каналов.

Обработка результатов преобразования при временном их разделении дает возможность устранить из результата преобразования как аддитивную, так и мультипликативную погрешности.

На рис. 6.14 изображен ИП, в котором применен метод поэлементной коррекции погрешности. В первом такте ключи находятся в таком состоянии, что на выходе ЗУ1 запоминается суммарный результат преобразования входной величины x преобразователями П1 и П2. При их идентичности y1 равен

y1 = 2K x(1 +γM ) + 2 Ya .

Во втором такте формируется корректирующее воздействие yК yК =[K x(1 +γM ) + Ya ]β K (1 +γM ) .

Это воздействие в сумматоре Σ2 вычитается из y1 . Выходной сигнал ИП

равен

Z = y1 − yк = 2K x(1 +γM ) + 2 Ya −

−[K x(1+γM ) + Ya ]β K (1+γM ) − Ya .

153

Рисунок 6.14

С учетом того, что β =1/ K и, пренебрегая погрешностями второго

порядка малости, выходной сигнал ИП будет равен скорректированному значению y = K x , не содержащему аддитивную и мультипликативную составляющие погрешности.

154

Библиографический список

1.Арбузов В.П. Структурные методы повышения точности измерительных цепей емкостных и индуктивных датчиков: Монография. - Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. Гос. ун-та, 2008. - 230 с.

2.Арбузов В.П. Измерительные преобразователи систем управления: Учебное пособие. - Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. Гос. ун-т, 2002. - 88 с.

3.Арбузов В.П. Измерительные цепи емкостных датчиков: Учебное пособие. - Пенза: Инф.-изд. центр Пенз. Гос. ун-та, 2002. - 134 с.

4.Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. – М.: Советское радио, 1971. -333 с.

5.Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд., перераб. и доп. ─ Л.: Энергоатомиздат, 1988. ─ С. 304.

6.Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства: Учеб. пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1985. – С.304.

7.Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1976. – 432 с.

8.Орнатский П.П. Автоматические измерительные приборы. – Киев:

Вища школа, 1971. – 552 с.

9.Осипович, Л.А. Датчики физических величин / Л.А. Осипович. – М.: Машиностроение, 1979. – 159с.

10.Попов В.С. Измерительные преобразователи параметров электрических цепей в частоту. - М.: Энергия, 1977. - 192 с.

11.Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П.Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. – 480с.

12.Скрипник Ю.А. Повышение точности измерительных устройств. - Киев: Техника, 1976. – 264 с.

155

13.Трансформаторные измерительные мосты / Ф.Б. Гриневич, А.Л. Грохольский, К.М. Соболевский, М.П. Цапенко / Под ред. К.Б. Карандеева - М.:

Энергия, 1970. – 280 с.

14.Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. - М.: Высшая школа, 1981. - С. 366

15.Швецкий Б.И. Электронные цифровые приборы. Киев: Тэкника, 1991.

–С. 191.

16.Электрические измерения / Под ред. В.Н. Малиновского. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – С.392.

156

Содержание

Введение Раздел 1. Основные метрологические понятия, методы измерения и

погрешности

1.1.Определение и классификация измерений

1.2.Методы измерений

1.3.Погрешности средств измерений

1.4.Классификация погрешностей средств измерений

1.5.Коррекция погрешности средств измерений

Раздел 2. Аналого-цифровые преобразователи величин частотновременной группы

2.1.Аналого-цифровые преобразователи измеряемой величины

2.2.Аналого-цифровые преобразователи интервала времени

2.3.Аналого-цифровые преобразователи фазы

2.4.Аналого-цифровые преобразователи частоты периодического

сигнала Раздел 3. Аналого-цифровые преобразователи напряжения

3.1.Время-импульсные аналого-цифровые преобразователи напряжения.

3.2.Интегрирующие аналого-цифровые преобразователи напряжения.

3.2.1.Принципы построения интегрирующих преобразователей

"напряжение - время" и "напряжение - частота".

3.2.2.Время-импульсный интегрирующий аналого-цифровой преобразователь напряжения.

3.2.3.Частотноимпульсный интегрирующий аналого-цифровой преобразователь напряжения.

157

3

4

4

9

14

17

28

35

35

38

49

56

65

65

69

70

78

84

3.3. Аналого-цифровой преобразователь последовательного
приближения.	89
3.4. Аналого-цифровой преобразователь параллельного
преобразования.	92
Раздел 4. Назначение и погрешности измерительных цепей
датчиков.	94
4.1. Роль и место измерительных цепей в структурной схеме
датчика.	95

4.2.Методическая и инструментальная погрешности

измерительных цепей.						100
Раздел 5. Измерительные цепи датчиков механических величин.						109
5.1. Измерительные цепи с потенциально-токовым выходным
сигналом.						109
5.2. Измерительные цепи с частотно-временным выходным
сигналом.						121
5.3. Измерительные цепи с дискретным выходным сигналом.						128
Глава	6.	Структурные	методы	повышения	точности
измерительных преобразователей						135
6.1. Классификация методов коррекции погрешности средств
измерений						135
6.2. Коррекция погрешностей измерительных преобразователей
прямого преобразования входной величины						138
6.3. Коррекция погрешностей измерительных преобразователей с
уравновешиванием входной величины						151
Библиографический список						155
Содержание						157

158