Дипломная работа: Устройство измерения отношения двух напряжений

Поскольку коэффициент К₀ может принимать значения от нуля до любой положительной величины, а S(u_p ) может быть любой функцией аргумента u_p при любом его знаке, то очевидно, что выражение (1.6) справедливо для всех возможных реализаций элементов с регулируемым коэффициентом передачи. Когда начальный коэффициент передачи Коравен нулю, а крутизна S(u_p ) имеет отрицательную величину, не зависящую от u_p , получаем выражение коэффициента передачи множительной схемы.

Рассматривая работу схемы с двумя управляемыми элементами, которая изображена на рисунке 1.3, можно доказать, что при выполнении определённых условий, напряжение u₃ будет равно [1] :

. (1.7)

Эти условия сводятся к тому, что для правильного деления необходим бесконечный коэффициент усиления замкнутой цепи АРУ, что в основном обеспечивается увеличением коэффициента усиления обратной связи, а характеристики регулирования обоих управляемых элементов должны быть строго идентичными.

СС

УЭ1

U₂ U? E₀

Up уΔU

УЭ2

U₁ U₃

Рисунок 1.3 - Структурная схема измерителя отношения на принципе АРУ

.Надо отметить, что требования к виду зависимости k(u_p ) отсутствуют. Это позволяет применять любые элементы с управляемым коэффициентом передачи, лишь бы их характеристики управления были идентичными.

Но идеального совпадения характеристик регулирования двух элементов, равно как и бесконечного коэффициента усиления замкнутой системы АРУ, добиться нельзя. Этим и объясняется появление систематических погрешностей. Так можно доказать, что для получения погрешности деления порядка 2% требуется совпадение характеристик не хуже 1% во всём динамическом диапазоне [1], что вряд ли может быть реализовано.

1.2.4 Разносный метод нахождения отношения напряжения

Для измерения отношения напряжений близких по величине, целесообразно применять разносный метод, который сводится к следующему: сначала надо измерить разность входных напряжений, разделить полученную разность на одно из входных напряжений, а затем измерить выходное напряжение [1]. Указанное выше записывается как

, (1.8)

где С – константа деления, Uвых – выходная величина напряжения, r =u₁ /u₂ – требуемое отношение напряжений. Из формулы (1.20) следует

. (1.9)

Структурная схема, реализующая описанный выше метод, изображена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Структурная схема измерителя отношения реализующего

разносный метод

Погрешность измерения отношения в этом случае равна [1]

. (1.10)

Величины dС и dUвых имеют следующий физический смысл. В любой делительной схеме в результате климатических воздействий, изменений напряжения питания в некоторых пределах изменяется выходная величина, что соответствует изменению постоянной деления C и вносит погрешность, обозначенную как dC. Погрешность измерения выходной величины напряжения обозначена dUвых. Из выражения (1.10) следует, что для dС=2% и dUвых=1% измерения отношения r=0.99 будут обеспечиваться с предельной погрешностью dr=0.003% [1].

1.2.5 Цифровой метод измерения отношения

При вычислении отношения при помощи микропроцессора, напряжения, отношения которых необходимо найти преобразуются в цифровой код, а затем осуществляется операция деления одного числа на другое. Известно, что представление числовой информации в вычислительной машине ограничено разрядностью [3]. И если результат выполнения арифметического действия по количеству разрядов превышает разрядную сетку устройства, то часть разрядов теряется В настоящее время существует множество алгоритмов выполнения деления одного числа, представленного в двоичном коде на другое. Причем выполнения операции деления зависит от вида формата в котором представлено число.

Операции над числами с фиксированной точкой наиболее часты в практике программирования. Это объясняется тем, что большинство прикладных задач не требует такой точности, какую может дать плавающая точка, а скорость обработки, особенно в регистровых командах, значительно выше.

Для представления чисел с фиксированной точкой используется двоичная система счисления. Числа размещаются в формате полуслова (16 бит), слова (32бита) и двойного слова (64 бита). Размером этих полей фиксированной длины определяется диапазон представления чисел, а при фиксированном диапазоне – точность представления числа.

Для представления чисел с плавающей точкой используется полулогарифмическая форма, которая имеет вид

, (1.11)

где М – мантисса числа А, r – порядок числа. Положение запятой определяется значением порядка r. С изменением порядка в ту или другую сторону точка перемещается (плавает) в лево или право. Под мантиссу и порядок в машине отводится определенное число разрядов. Например, при представлении в формате слова - 24. Диапазон представления десятичных чисел, взятых по абсолютному значению, определяются неравенством [3]: 10^-77 ≤│A₍₁₀₎ │≤10⁷⁶ . Преобразование числовой информации в формат с плавающей точкой осуществляется программным путем.

1.3 Методы построения усилителей постоянного тока

1.3.1 Дрейф нуля в усилителях постоянного тока

Дрейфом начального уровня или дрейфом нуля называется самопроизвольное изменение выходного напряжения при неизменном или равном нулю входном напряжении. Дрейф нуля является основным источником погрешностей в измерительных приборах, в которых необходимо усиливать сигналы постоянного напряжения [4,5,6].