Расчет метрологических характеристик измерительных каналов ИИС по метрологическим характеристикам компонентов

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

. Определение структуры ИИС

2. Расчет метрологических характеристик ИК

. Экспериментальное определение значений функции преобразования ИК ИИС

4. Установление объема представительной выборки ИК ИИС

5. Установление количества точек по диапазону измерения

. Установление продолжительности межповерочных интервалов

Заключение

Список литературы

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цель курсовой работы - овладение методами расчета метрологических характеристик измерительных каналов информационно-измерительных систем (ИИС).

Для конкретных измерительных каналов информационно-измерительных систем или измерительно-вычислительных комплексов необходимо выполнить следующие виды работ:

1. Определить структуру ИИС и устройство сопряжения с ЭВМ.

2. Рассчитать метрологические характеристики измерительных каналов ИИС по метрологическим характеристикам компонентов:

- для нормальных условий эксплуатации - номинальную статистическую характеристику преобразования ИК - f_н (x);

-   определить номинальное значение поправки к показанию на выходе ИК - q_ик;

    допустимое отклонение функции преобразования D_д ИК от номинальной.

3. Определить значения функции преобразования измерительного канала ИИС на основании результатов эксперимента (по протоколу измерений), предварительно рассчитав: S, u_q, u.

4. Установить объем представительной выборки ИК.

.   Установить количество исследуемых точек по диапазону измерений.

.   Установить продолжительность межповерочных интервалов по критерию скорости нарастания неопределенности результата измерения.

 

Определение структуры ИИС

 

Исходные данные:

- число каналов - N_k = 720;

-   относительная неопределенность восстановления сигнала - d = 0,5%;

    относительная неопределенность преобразования АЦП - d_АЦП = 0,15%;

    быстродействие элементной базы - C_э = 6×10⁵ опер/с.

Структура ИИС и устройство сопряжения с ЭВМ определяется в зависимости от количества функциональных узлов с учетом быстродействия ЭВМ и емкости оперативно запоминающего устройства (ОЗУ).

Быстродействие ЭВМ должно быть не менее 1/C_АЦП при параллельной обработке информации, т.е. C_э >> C_АЦП.

Емкость ОЗУ (Q_ОЗУ) ЭВМ определяется из условия

Q_ОЗУ >> C_АЦПN

Выбор схемы преобразования сигнала следует осуществлять на основании результатов проверки условия теоремы Шенона:

- при последовательном преобразовании

C_э > C_ик; C_к; C_АЦПN

- при параллельном преобразовании

 

n_АЦП > C_АЦПN / C_Э,

 

где расчет пропускной способности измерительного канала производится в предположении равенства относительной неопределенности восстановления и измерения сигнала (при равномерном законе распределения вероятности).

 

где f_с - верхняя граница частотного спектра передаваемого сигнала

 

 бит/с

 

Пропускная способность АЦП при параллельной обработке измерительной информации

 

 бит/с.

 

Пропускная способность АЦП при последовательной обработке информации

 

 бит/с.

 

Частота опроса измерительных каналов коммутатора ИИС:

 

 

Пропускаемая способность коммутатора ИИС:

 

 бит/с.

 

Производительность источника измерительной информации

 бит/с.

Так как C_э > С_АЦПN, то по условию теоремы Шенона происходит параллельное преобразование сигнала.

 

 

Структурная схема ИИС представлена на рис.1.

 

Рис. 1. Структурная схема ИИС

 

Расчет метрологических характеристик измерительных каналов ИИС по метрологическим характеристикам компонентов

 

Структурная схема ИК устройства связи с объектом управляющего вычислительного комплекса, построенного на базе процессора М-6000 АСВТ-М, представленного на рис. 1.

 

Рис. 1. Структурная схема измерительного канала

БН - блок нормализации (БН-12А), предназначенный для преобразования сигналов датчика в унифицированный электрический сигнал;

У - усилитель сигналов низкого уровня;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

К₁, К₂ - ключи коммутаторов первой и второй ступени.

Исходные данные:

- входной диапазон БН, Ом - 0…33

-   выходной диапазон БН, мВ - 0…50

    выходной диапазон У, В - 0…5

Номинальная статистическая характеристика АЦП имеет вид .

Так как возмущение воздействия, вносимые ключами К₁ и К₂ пренебрежимо малы, можно считать их идеальными коммутаторами и полагать для них q_к = 0. В табл.1 представлены номинальные значения поправок B_i к коэффициентам преобразования и номинальные значения поправок b_i к значению функции преобразования (при x_i = 0) компонентов ИК по результатам экспериментальных исследований.

Таблица 1

Номер компонента	Параметры
	А, мВ/Ом	а	B	b, В
1	1,515	0	0	6,3×10-5
2	100	0	-0,27	0
3	1	0	0,009	18×10-3

 

1) Номинальная статистическая характеристика преобразования измерительного канала f_н(x) может быть рассчитана с учетом мультипликативных и аддитивных составляющих номинального преобразования всех компонентов канала.

 

;

 

при i = 0, 1, 2, …, N-1

 

 

Окончательно

 

 

2) На основании исходных данных, определим номинальное значение поправки к показанию на выходе ИК - q_ик

 

;

 

при i= 0, 1, 2, …, N-1

 

В⁰ = (В₁+А₁)∙(В₂ + А₂)∙(В₃ +А₃) = (0+1,515)∙(-0,27+100) (0,009+1)=152,45

В¹= (В₂ + А₂)∙ (В₃ +А₃)= (-0,27+100) ∙ (0,009+1)=100,63

В²=В₃ +А₃= 0,009+1= 1,009

В^N = В³= 1

Окончательно:

3) Рассчитаем допустимое отклонение функции преобразования D_д измерительного канала ИВК-7 от номинальной.

Структурная схема ИК представлена на рис. 2.

 

Рис. 2. Структурная схема измерительного канала ИВК-7

 

где У - усилитель Ф799/4; А₁ = 10000 мВ/ 10 мВ = 1000

К - коммутатор Ф799/2; А₂ = 1

Д - делитель напряжения; А₃ = 0,9

АЦП - аналогово-цифровой Преобразователь Ф4221; А₄ = 1

Исходные данные приведены в табл. 2.

 

Таблица 2

Номер компонента	Характеристика
	Аi	di, мВ	Входной диапазон, мВ
1	1000	10	0…10
2	1	10	0…104
3	0,9	0	0…104
4	1	2	0…103

 

Введем обозначения

 

;

,

 

при i = 1, 2, …, N;

где a_i - параметр перебора, который при каждом i = 1, 2, …, N принимает значение 0 или 1;

g - постоянная величина, зависящая от закона распределения вероятности результата измерения.

Вычисляем вспомогательные величины:

 

 ; при i = 2, 3, … N

; при i = 1, 2, … N

С_i.i+1=1

_2.4=В₃= 0,9

 

Введем функцию:

 

 

	0000	0001	0010	0011	0100	0101	0110	0111	1000	1001	1010	1011	1100	1101	1110	1111
λ1	0	0	0	0	0	0	0	0	10	10	10	10	10	10	10	10
λ2	0	0	0	0	10	10	10	10	0	0	0	0	10	10	10	10
λ3	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
λ4	0	2	0	2	0	2	0	2	0	2	0	2	0	2	0	2
χ12	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	0	0	0	0	0	0	0	0
χ22	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	0	0	0	0	100γ2	100γ2	100γ2	100γ2	0	0	0	0
χ32	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
χ42	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0	4/γ2	0
В1	0,9	0,904	0,9	0,904	0,9	0,904	0,9	0,904	0,908	0,902	0,918	0,902	0,908	0,902	0,90	0,902
В2	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004	0,9	0,9004
В3	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004
В4	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
S42	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
S32	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004	1	1,004
S22	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813	0,81	0,813
S12	0,81	0,813	0,81	0,813	0,049	0,049	0,049	0,049	0,81	0,816	0,81	0,816	0,862	0,865	0,86	0,87

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: