47. Классификация цифровых измерительных устройств. Методы последовательного приближения и считывания.

Измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретный (кодированный) сигнал измерительной информации и дающий показания в цифровой форме, называется цифровым измерительным прибором. Аналого-цифровое преобразование сигнала предполагает его замену некоторыми квантованными значениями, а также образование кода уровня квантования. При этом образование кода происходит, как правило, одновременно с преобразованием измеряемой величины в квантованную. В настоящее время широкое распространение получили три метода аналого-цифрового преобразования сигнала: метод последовательного счета, метод последовательного приближения, метод считывания.Метод последовательного приближения (сравнения и вычитания, поразрядного уравновешивания). Измеряемая величина последовательно сравнивается с известной квантованной величиной x_k Значение известной величины, при котором наступает равенство x_k=x, соответствует номеру отождествляемого уровня квантования

Метод считывания. При этом методе происходит одновременное сравнение измеряемой величины x с известными значениями x_k1, x_k2, …, x_ki, … x_kN, значения которых равны уровням квантования Известная величина x_ki, равная измеряемой величине x, дает номер отождествляемого уровня квантования, в соответствии с которым образуется код

48. Источники погрешностей цифровых измерительных устройств.

Погрешности измерения временного интервала.

Погрешности цифровых измерительных приборов можно разделить на статические, динамические и дополнительные.

Статическая основная погрешность цифрового измерительного прибора складывается из следующих составляющих:

• При представлении отсчетов сигнала в виде чисел с ограниченной разрядностью неизбежно происходит их округление. Разность между исходным и округленным значениями сигнала называется шумом квантования или погрешностью квантования.

Погрешность квантования - является результатом самого процесса преобразования. Погрешность квантования - это погрешность, вызванная значением шага квантования и определяемая как ½ величины наименьшего значащего разряда (LSB). Она не может быть исключена в аналого-цифровых преобразованиях, так как является неотъемлемой частью процесса преобразования, определяется разрешающей способностью АЦП и не меняется от АЦП к АЦП с равным разрешением.

• Погрешность Δx_р реализации уровней квантования обуславливается смещением уровней квантования. Так как смещение уровней может иметь систематическую и случайную составляющие, то погрешность Δx_р также может иметь систематическую и случайную составляющие.

• Погрешность порога чувствительности Δx_ч вносится устройсивами, сравнивающими измеряемую величину с квантованной. Значение Δx_ч определяется порогом срабатывания сравнивающего устройства.

• Погрешности Δx_п от действия помех на прибор.

• Погрешность дискретизации Δt_д в цифровых измерительных приборах можно рассмотреть на примере ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННОГО ИНТЕРВАЛА исследуемого сигнала (см. рис. 4.9). Временной интервал Т_х измеряется путем счета дискретизирующих (тактовых) импульсов стабильной частоты f_т=1/Δt, поданных на вход счетчика за время Т_х.

В общем случае время Т_х не кратно периоду следования тактовых импульсов Δt. Поэтому при измерении временного интервала возникает погрешность Δt_д = Т- Тх , где Т=NΔt (N – число импульсов зарегистрированных счетчиком импульсов). В соответствии с рис. 4.9 эта погрешность состоит из двух составляющих: Δt₁ и Δt₂.

Первую погрешность Δt₁ называют погрешностью от случайного расположения начала шкалы (погрешность синхронизации). Она находится в пределах от 0 - Δt и имеет равномерный дифференциальный закон распределения. Вторая составляющая Δt₂ - погрешность, вызванная случайным расположением стоп - импульса относительно тактовых импульсов. Закон распределения этой погрешности также равномерный дифференциальный от - Δt до 0.

Предельная погрешность составит Δt_пд=±Δt. Относительная предельная погрешность дискретизации имеет вид:

.

Среднеквадратическое отклонение и математическое ожидание (систематическая составляющая) результирующей погрешности соответственно равны:

; .

49. Динамические погрешности цифровых измерительных устройств.

Динамические свойства цифровых измерительных приборов и входная измеряемая величина определяют динамические погрешности цифровых измерительных приборов. Различают динамические погрешности первого и второго рода.

1). Динамические погрешности первого рода обусловлены инерционностью элементов измерительной части.

2). Динамическая погрешность второго рода в цифровом измерительном приборе циклического действия возникает из-за того, что измерение производится в один момент времени, а результат измерения приписывают другому моменту времени. Возникновение динамической погрешности второго рода показано на рис. . В данном случае измерение производится в момент времени t₂ (см. рис.), а результат измерения приписывается либо началу цикла преобразования t₁, либо концу цикла преобразования t₃. Это приводит к погрешности Δx₁ или Δx₂ соответственно. Максимальная приведенная динамическая погрешность второго рода определяется выражением:

,

где Δx – максимальное изменение измеряемой величины за цикл Т_ц, – максимальное значение измеряемой величины, – скорость изменения измеряемой величины. При синусоидальном изменении измеряемой величины с частотой f₀ максимальная динамическая погрешность второго рода определяется как γ=2π·f₀·Т_ц.