Измерение и контроль температуры (стр. 3 из 3)

(1.6)

Суммарное среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) погрешности преобразования:

; (1.7)

где:

- с.к.о. погрешности аналогового сигнала;

- с.к.о. погрешности АЦП за счёт квантования;

∆S - шаг квантования, которому соответствует погрешность

.

Здесь

, т.к.для входного сигнала принят закон равномерного распределения.

Влияние составляющей, распределённой равномерно, приводит в их композиции к уменьшению доверительных интервалов при заданной доверительной вероятности по сравнению с нормальным законом. Если отношение 0.5∆S/δs=0.1…1.0, то доверительный интервал ±1.7δz имеет доверительную вероятность P=0.98. При отношении 0.5∆S/δs<0.1 при Р=0.99 доверительный интервал будет равен ±2δz.

При отсутствии систематических погрешностей и принятии допущения о том, что случайная погрешность распределена нормально, можно установить зависимость между приведённой допускаемой погрешностью γ и с.к.о. этой погрешности.

При этих условиях 95% значений случайной погрешности находится в пределах от -2δs до +2δs.

Примем

; (1.8)

Откуда

; (1.9)

Если с.к.о. погрешности от квантования

принять равным δs,то суммарное с.к.о. в результате квантования согласно (1) увеличивается на 41% по сравнению c δs.

Если принять ∆S=δs, суммарное с.к.о. увеличивается только на 4%,т.е. в этом случае квантование почти не изменит с.к.о. суммарной погрешности. Этому соотношению примерно соответствует минимально допустимое отношение с/d=2, установленное ГОСТ 14014-82 и соответствующее равенству аддитивной и мультипликативной составляющих погрешностей.

Шаг квантования (цена единицы младшего разряда кода)

; (1.10)

(1.11)

; (1.12)

Номинальное число ступеней квантования (разрешающая способность)

(1.13)

Число разрядов кода

(1.14)

Вид кода: двоичный нормальный

Функция преобразования (статическая функция преобразования) - функциональная зависимость между информативными параметрами выходного и входного сигналов.

При определении функции преобразования учитываем, что аналоговый канал представляет собой линейную цепь прямого преобразования последовательного типа.

Номинальная функция преобразования:

(1.15)

где, К1,К2, КЗ,К4 - коэффициенты преобразования отдельных звеньев цепи

Таким образом, номинальная функция преобразования имеет вид:

U=k

*k *k (T),

где U- напряжение;

k1 – коэффициент преобразования термопары;

k2 – коэффициент преобразования усилителя;

k3 – коэффициент преобразования фильтра;

Т – температура.

Чувствительность СИ – приращение информативного параметра выходного сигнала ∆y СИ к вызвавшему его приращению информативного параметра входного сигнала ∆x:

; (1.16)

При линейной статической характеристике преобразования чувствительность постоянна и равна:

(1.17)

(1.18)

где

мВ- термоЭДС термоэлектрических термометров типа ТХА стандартной градуировки ХА при температуре свободных концов 0ºС ГОСТ 3044-74

(1.19)

(1.20)

Фильтруемый усиленный сигнал не изменяется по частоте.

Порог чувствительности – наименьшее изменение входной величины, обнаруживаемое с помощью данного СИ. Значение порога чувствительности аналогового канала, предвключённого к цифровому СИ не должно быть меньше цены деления младшего разряда выходного кода, поэтому принимаем его равным 0.01 кг.

5.3.2 Динамические характеристики

Динамические характеристики - характеристики инерционных свойств СИ, определяющие зависимость выходного сигнала от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки.

Общая передаточная функция имеет вид:

К (р)общ= k

(р)*k (р)*k (р).

где;

k1(р)– передаточная функция термопары;

k2(р)– передаточная функция усилителя;

k3(р)– передаточная функция фильтра

р – оператор Лапласа.

Коэффициент демпфирования β для исключения возможности резонансных явлений не должен превышать 0.8

Переходная характеристика для аналогового канала, по своим динамическим свойствамимеет вид:

(2.1)

где τ –постоянная времени датчика;

ω0 – собственная частота звена;

Значение выходного сигнала h(t) выбираем из условия, что оно должно отличаться от установившегося значения не больше, чем на установленное ТЗ значение δдоп=0.04.

Время установления показаний определяем по временной характеристике h(t), решая уравнение (2) относительно t:

Исходные данные

h(t)=0.04 – временная переходная характеристика;

τ=

Кобщ=0,0025

Подставляя числовые данные в уравнение (2), решаем его относительно времени установления показаний

5.4 Эксплуатационные характеристики

Климатические и механические воздействия, устанавливаются для нормальных или рабочих условий применения и предельных условий транспортирования (ГОСТ 14014-82).

Нормальные условия применения характеризуются совокупностью значений или областей значений влияющих величин, принимаемых за нормальные. Устанавливаются по ГОСТ 22261 – 82 и ГОСТ 8.395 – 80.

Рабочие условия применения – совокупность значений влияющей величины, которые не выходят за пределы рабочей области значений, нормирующих дополнительную погрешность или изменение показаний СИ. Устанавливаются по ГОСТ 22261 – 82.

6. Показатели надёжности

Показателями надёжности для разрабатываемого цифрового устройства являются безотказность, долговечность, ремонтопригодность.

В качестве характеристики безотказности установлена наработку на отказ, равная 1500 часов.

В качестве характеристики долговечности принят средний срок службы до списания, который должен быть не менее 8 лет.

Ремонтопригодность характеризуется средним временем восстановления, которое выбираем не менее 2 часов.

7. Требования безопасности

Требования по электробезопасности по ГОСТ 12.2.097-83.

Требования к основным элементам конструкции, органам управления, средствам защиты, безопасности ремонта, монтажа, хранения по ГОСТ 12.2.003-74, ГОСТ 14014-82, ГОСТ 22251-76.

8. Показатели помехозащищённости, средства и методы поверки

измерительный температура пирометр поверка

Показатели помехозащищённости, средства и методы поверки установлены по ГОСТ 1014-82.