Измерение и контроль температуры (стр. 2 из 3)
Баланс зарядов на конденсаторе С соответствует условию:
(5.3) 
(5.4) 
(5.5) 
(5.6)Это число, представляющее результат измерения, в момент t9 по команде ЦА переписывается в регистр памяти. В момент tBCTсбрасывается в нуль, ЦА возвращается в исходное положение, в котором разомкнуты SW1, SW29SW5, aSW3 и SW4 замкнуты. Начиная с момента t3аналоговая часть прибора и УС автоматически корректируются.
При Ux = const
Следовательно, отсчет счетчика прямо пропорционален измеряемому напряжению и зависит только от напряжения источника образцовое напряжения U0. Цифровой отсчет прибора не зависит от сопротивления R, емкости С, периода Т0, а также от напряжения U*. Необходимо, чтобы их значения были постоянны лишь в течение каждого кратковременного цикла измерения. Важными преимуществами таких приборов являются: использование одного счетчика импульсов в обоих циклах (благодаря чему снижается сложность), высокая помехоустойчивость, удобство измерения отношения двух напряжений, повышенная чувствительность.
Эта схема является одной из наиболее перспективных для создания цифровых интегрирующих вольтметров высокой точности, так как изменения параметров и элементов практически не влияют на информативный параметр выходного сигнала, К числу основных погрешностей вольтметра двухтактного интегрирования относятся: погрешности от идентичности ключей SW1 и SU72 —бвл, погрешность от нелинейности интегрирования- -б,,; погрешность, вызванная дрейфом нуля усилителя УС, погрешность из-за конечной полосы пропускания усилителя—6^; погрешность от абсорбции конденсатора и погрешность от квантования.
Погрешность от переходных сопротивлений ключей возникает из-за того, что напряжения I)\ и (J0подаются на интегратор через ключи SWIи SW2, сопротивления которых в замкнутом состоянии конечны (не равны нулю). С учетом этого уравнение преобразования во временной интервал будет иметь вид:
где гк\ и г*?.— сопротивления первого и второго ключей в замкнутом состоянии.
После преобразований получим:
Погрешность от нелинейности интегрирования 6Н зависит от времени интегрирования в эквивалентной постоянной времени интегратора Тит, равной
где /(у — коэффициент усиления усилителя на постоянном токе.
Относительную погрешность от нелинейности интегрирования 6„ определяют из выражения
где Гкит — время интегрирования в первом такте.
Поскольку прибор работает в два такта с противоположными направлениями интегрирования, суммарная погрешность от нелинейности интегрирования будег меньше и будет равна разности 6Ы в первом и втором тактах
Появление этой погрешности показано на рис. 8.20,а, где сплошной линией и пунктиром показано изменение напряжения на интеграторе в идеальном и реальном случаях.
Если Tm~Qtlс, RC = 0,iс, Кд=Ю5, а Г«-0, то 6а = = 0,0005%.
Приведенная погрешность 6д„ (для случая 0Xtl^U^
где Uар— приведенное ко входу напряжение дрейфа усилителя.
Формула для вычисления бдр получена из анализа с учетом того, что интегрируется реально Ux+ U№и — V0fU^. Погрешность может быть большой, и обычно между циклами преобразования вводится такт коррекции дрейфа, в течение которого SW1 и SW2 разомкнуты. Напряжение дрейфа запоминается на конденсаторе С„. Поэтому в такте преобразования 6ДР снижается более чем па порядок.
Конечная полоса пропускания У приводит к погрешности из-за задержки начала изменения выходного напряжения интегратора относительно момента коммутации (момента появления на входе интегра
тора напряжения Uxили U0), рис. 8.20, б, где 1/т =/гр —граница равномерной полосы пропускания усилителя.Данную погрешность можно скомпенсировать, если включить последовательно с емкостью С интегратора небольшое сопротивление RKtкоторое рассчитывается из условия:
где /,— ток в цепи конденсатора в момент /,; Д £/ — напряжение на выходе интегратора, определяемое задержкой начала интегрирования. Откуда
В цифровых вольтметрах двухтактного интегрирования необходимо устройство для определения полярности входного сигнала, обычно оно выполняется на основе компаратора, включенного на выходе интегратора. Выходной сиг нал этого компаратора используется для выбора источника образцового напряжения с полярностью, противоположной полярности Ux-
В настоящее время примерно 25 % выпускаемых цифровых вольтметров являются вольтметрами с двухтактным интегрированием. Отечественной промышленностью выпускаются несколько цифровых вольтметров двухтактного интегрирования класса 0,01...0,00! следующих типов: В2-38, ВЗ-59; Щ1612, Щ301, Щ68014, Щ4800 и др. Основные технические данные их приведены в табл. 36 (рис. 8.21,0, 6, в).
5.3.1 Расчёт класса точности
Класс точности является обобщённой метрологической характеристикой средств измерений (СИ) и определяется пределами допускаемых погрешностей, а также другими свойствами СИ, влияющими на точность измерений. Класс точности указывается в сопроводительной документации на СИ или на шкале отсчётного устройства в виде обозначения, соответствующего форме выражения пределов допускаемой основной погрешности по ГОСТ 8.401-80.
Исходные данные: - верхний предел измерений.
Предпочтительное значение измеряемой величины x должно соответствовать примерно 0.75 от верхнего предела измерений:
(1.1) 
Предел допустимых основных погрешностей термоэлектрических термометров ТХА возмем из таблицы (ГОСТ 3044-74)
Где слагаемое 0,16 является аддитивной составляющей , а слагаемое
- мультипликативной.a=0,16
b=
Расчёт численного значения класса точности сводится к определению постоянных c и d с учётом, что 2<c/d<20, с и dнайдем по формулам:
;(1.2) 
; (1.3) 
где c и d – положительные числа.
Значение с для приборов переменного тока должно находиться в пределах 0.01<c<0.1.
Полученное значение с=0.04 входит в заданные пределы.
Класс точности:
Пределы допускаемой относительной основной погрешности устанавливают по формуле:
; (1.4) 
Абсолютная погрешность
(1.5) 
Предел допускаемой дополнительной погрешности
Пределы допускаемой дополнительной погрешности устанавливаем по отношению к температуре окружающей среды и к внешнему магнитному полю.
Для данного прибора переменного тока с постоянной с<0.2 дополнительная погрешность в пределах рабочих температур на каждые не должна превышать предела допускаемой основной погрешности.
Определение выходного кода и его параметров
Выходной код и его параметры выбираются по ГОСТ 26.014-81 «ЕССП. Средства измерений и автоматизации. Сигналы электрические кодированные входные и выходные».
На вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выхода аналогового канала поступает сигнал S с некоторой погрешностью
; АЦП за счёт квантования аналогового сигнала вносит дополнительную погрешность 
. В результате величина Z на выходе АЦП будет иметь некоторую погрешность 
.При аддитивном характере составляющих погрешности и результирующая погрешность будет определяться как: