3.4.1. Основные понятия
Измерение любой физической величины можно рассматривать, вообще говоря, как процесс аналого-цифрового преобразования.
Преобразование
сигналов обычно производится или в
диапазоне от
до
(биполярные
АЦП), или в
диапазоне от 0 до
(униполярные
АЦП).
Основной характеристикой является уравнение преобразования Y=F(X), где Y и X – значения физической величины на выходе и входе.
Аналитическое выражение F(X) называют функцией преобразования. Ее можно описать аналитическим выражением или графиком. При линейной зависимости Y=KX величину K называют коэффициентом преобразования.
Диапазон преобразования. Абсолютное значение алгебраической разности между верхним и нижним пределами преобразования является диапазоном преобразования.
Чувствительность преобразователя. Если величину X изменить на ΔХ, то в преобразователе произойдет некоторый переходный процесс, по окончании которого величина Y изменится на ΔY. Величину S=ΔY/ΔХ называют чувствительностью преобразователя.
При линейной зависимости Y=KX чувствительность будет постоянной величиной. Если функция преобразования нелинейна, то получаем чувствительность «в точке».
Порог чувствительности. Средняя чувствительность в интервале ΔХ будет S=ΔY/ΔX.
Создается
зона
неопределенности функции преобразователя
с шириною,
равной 2
y
прг.
Величина
y
прг называется
порогом
чувствительности преобразователя по
выходу,
а величина
x
прг
- порогом
чувствительности
по входу.
В нормативных документах
величину 2
y
прг
называют зоной
нечувствительности
по величине Y.
Смещение нуля. При X=0 величина на выходе преобразователя может принимать значения в пределах от + y прг до - y прг..
Динамический
диапазон преобразователя.
Обычно отмечают
величину
,
являющуюся пороговой
чувствительностью
преобразователя
(измерительного прибора) вблизи
нуля
-
соотношение между верхним
пределом измерения (преобразования) и
порогом чувствительности.
D=Xmax/
К числу динамических относятся характеристики: импульсная g(f); переходная h(t); передаточная функция К(р) = Y(p)/X(p); амплитудно- и фазочастотная. Скорость преобразования (измерения) определяется числом преобразований (измерений) в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью. Время преобразования (измерения) — время, прошедшее с начала преобразования (измерения) до получения результата с нормированной погрешностью.
Погрешность, обусловленная неноминальным значением выходной величины при нулевом значении входной, называется аддитивной, аддитивная погрешность не зависит от входной величины.
Погрешность, обусловленная неноминальным значением чувствительности S, называется мультипликативной. Абсолютная мультипликативная погрешность пропорциональна входной величине.
Теоретически статическую погрешность измерений цифровых измерительных приборов можно сделать малой при использовании малого шага квантования.
ЦАП - устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал (напряжение или ток), пропорциональный входному цифровому сигналу. В редких случаях для контроля работы ЦАП может быть предусмотрена индикация входных кодов. Для этой цели служат дешифратор и индикатор.
Иногда
ЦАП может применяться в качестве
умножающего устройства для перемножения
значения силы тока
на входной код.
Для нормирования метрологических характеристик ЦАП должен содержать в своем составе источник стабильного рабочего тока и стабилизатор напряжения питания.
В АЦП цифровой код на выходе определяется отношением преобразуемого входного аналогового сигнала к опорному сигналу, соответствующему полной шкале. Быстродействующие и сверхбыстродействующие АЦП реализуют либо метод совпадения, либо метод уравновешивания преобразуемой величины.
Первые разделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.
Тактируемые многоступенчатые АЦП могут иметь как замкнутую структуру, так и разомкнутую. Асинхронные многоступенчатые АЦП имеют только разомкнутую структуру.
Классификация АЦП с уравновешиванием измеряемой величины предопределяет замкнутый характер структуры АЦП и наличие тактирования.
АЦП параллельного типа обладают высоким быстродействием и простой регулярной структурой.
Во многих случаях, особенно там, где не требуется высокого быстродействия, используется предварительное преобразование x(t) в физическую величину.