Электронный градусник

ЮЗГУ.200401.65

Лист

10

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

ЮЗГУ.200401.65

Лист

11

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

ЮЗГУ.200401.65

Лист

12

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Анализ и расчет погрешностей разрабатываемого прибора

При определении суммарной  погрешности измерительного устройства необходимо руководствоваться следующими правилами:

--Для определения значения  оценки результирующей погрешности  всего измерительного устройства должны учитываться взаимные корреляционные связи различных составляющих погрешности отдельных функциональных блоков, поэтому исходными данными для расчета являются значения соответствующих оценок отдельных составляющих, а не оценки суммарных погрешностей отдельных функциональных узлов.

Эти составляющие прежде всего разделяются на аддитивные и мультипликативные, для их последующего раздельного суммирования.

--Так как суммировать  с учетом корреляционных связей  можно лишь средние квадратические значения составляющих, то для каждой составляющей должны быть по исходным данным найдены ее средние квадратические значения.

--Далее должны быть  выделены группы сильно коррелированных  между собой составляющих погрешности и внутри этих групп произведено алгебраическое

суммирование. К ним, как  правило, относят погрешности, вызванные  одной общей причиной(общий источник питания, одинаковые температурные условия и т.д.), когда тесные корреляционные связи определяются логически,  и для них принимают  rr  равным  +1  или   -1.

Погрешности же, между которыми такие взаимосвязи не обнаруживаются, относят к некоррелированным и для них принимают rr=0.

--После того как все  группы сильно коррелированных  погрешностей выделены и внутри их произведено алгебраическое суммирование, суммарные по группам и оставшиеся вне группы погрешности можно считать уже некоррелированными и складывать по правилу 

--Значение погрешности  с 90%-ной доверительной вероятностью определяем согласно рекомендациям, приведенным в [5],как

ЮЗГУ.200401.65

Лист

13

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Пример расчетного определения  погрешности прибора по известным  погрешностям его отдельных функциональных блоков

Пусть необходимо определить погрешность прибора, структурная  схема которого показана, по известным составляющим погрешностей входящих в него функциональных блоков. Пpибоp состоит из потенциометрического датчика Д, усилителя У и стрелочного индикатора И. Потенциометрический датчик имеет аддитивную погрешность, ноpмиpованную предельным значением . Датчик питается через стабилизатор С от общего с усилителем блока питания БП. Опеpационный усилитель У предназначен для обеспечения линейной хаpактеpистики всего прибора и имеет входное сопротивление, намного большее сопротивления датчика. Индикатором служит магнитоэлектрический пpибоp класса 0,5.

Прежде всего, как указывалось  выше, все оставшиеся погрешности  необходимо подразделить на аддитивные и мультипликативные, приписать каждой из них соответствующий закон распределения и найти с.к.о. Все расчеты будем вести в относительных приведенных значениях и сохранять при промежуточных округлениях один лишь недостоверный десятичный знак в их значениях.

Рис. Структурная схема  пpибоpа

Пусть аддитивная погрешность  прибора обусловлена аддитивными  погрешностями датчика Д и индикатора И, а мультипликативная – колебаниями напряжения питания датчика и усилителя и зависимостью от температуры чувствительностей усилителя и индикатора.

ЮЗГУ.200401.65

Лист

14

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Закон распределения погрешности  потенциометрического датчика можно  принять равномерным, а так как  чаще всего погрешности датчиков нормируются без существенного  запаса на старение, то можно считать половиной ширины распределения. Отсюда с.к.о. .

Погрешность электроизмерительных приборов по стандарту указывется с запасом на старение. Поэтому предельную погрешность индикатора можно оценить как , где - основная погрешность, соответствующая классу точности. Отсюда . Закон распределения погрешностей стрелочных электромеханических приборов близок к трапецеидальному с контрэксцессом cc=0,7 и энтропийным коэффициентом k=1,9. Доверительное значение погрешности с РД=0,9 для такого распределения равно приблизительно .Поэтому . Отсюда .

Аддитивная погрешность  прибора будет образована суммой двух рассмотренных составляющих. Поэтому с.к.о. погрешности нуля прибора составит

Переходя к суммированию мультипликативных составляющих погрешности, примем следующие исходные данные. Пусть коэффициент влияния температуры на чувствительность индикатора равен YYои=-0,2%/10К и усилителя YYОУ=-0,1%/10К. Если усилитель и индикатор располагаются в одном корпусе, то оба они находятся всегда при одной и той же температуре и, следовательно, их температурные погрешности достаточно жестко коррелированы между собой и должны суммироваться не геометрически, а алгебраически. Отсюда результирующий коэффициент влияния температуры равен YYО=-0,2 + 0,1=-0,1%/10К. Пусть прибор предназначен для работы в цеховых условиях при температуре от +5 до +35°°С, то есть при температуре (15..20)°°С, и все значения температур равновероятны. Тогда температурная составляющая мультипликативной погрешности имеет равномерное распределение с .

ЮЗГУ.200401.65

Лист

15

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Пусть колебания напряжения в сети, от которой питается рассматриваемый  прибор, находиться в пределах ±±10% и имеют треугольный закон распределения вероятности. Датчик Д питается через стабилизатор с коэффициентом стабилизации k=25. Тогда колебания напряжения питания датчика, а следовательно, и мультипликативная погрешность его выходного напряжения имеет также треугольное распределение в пределах с с.к.о.: .

Усилитель У питается нестабилизированным напряжением. Коэффициент усиления ОУ по напряжению без ООС меняется в зависимости от напряжения питания от 1 дБ/В до 150 дБ/В (конкретное значение этого числа необходимо взять из справочника по ОУ для используемого Вами усилителя).Но благодаря

глубокой отрицательной  обратной связи влияние нестабильности питания ОУ на коэффициент усиления усилителя снижено до значения

YYUУ=0,3% /В.

Полагаем, что усилитель  питается от источника напряжения 10В, тогда колебания напряжения питания, вызванные нестабильностью напряжения сети, составят 1В. Поэтому мультипликативная погрешность прибора, вызванная случайными колебаниями напряжения питания, будет распределена также по треугольному закону в пределах:

Так как обе погрешности  от колебания напряжения вызываются одной и той же причиной, то они  коррелированы между собой и складываются алгебраически, а не геометрически, хотя каждая из них случайна. Поэтому

.

ЮЗГУ.200401.65

Лист

16

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Суммарные погрешности от колебаний температуры и колебаний  напряжения независимы и поэтому складываются геометрически, то есть с.к.о. мультипликативной составляющей

Результирующая погрешность  в конце шкалы прибора складывается из аддитивной и мультипликативной  погрешностей по правилам суммирования независимых погрешностей:

В нашем примере приведенные  погрешности определяем согласно (2):

Если результирующее распределение  близко к нормальному, то подобным же образом могут быть определены погрешности не только с РД=0,9, но и с РД=0,95 согласно соотношениям:

Таким образом, при испытаниях такого прибора следует ожидать  изменения погрешности от ggН=0,33% в начале шкалы до ggК=0,58% в конце шкалы. Однако при нормировании погрешности такого прибора по стандарту необходимо иметь запас на старение не менее 25% фактической погрешности, а нормируемые значения погрешности в начале и конце шкалы должны быть выбраны из ряда предпочтительных чисел, предусмотренных ГОСТ 8.401-80, то есть должны быть указаны , т.е. класс прибора указан как 1,0/0,5.

ЮЗГУ.200401.65

Лист

17

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Заключение

В ходе курсового проектирования мною был разработан прибор для быстрой  и достоверной индикации температуры.

ЮЗГУ.200401.65

Лист

18

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата

Список используемой литературы

1. Трофимов Н.А., Лаппо В.В. Измерение параметров теплофизических процессов в ядерной энергетике.- М.: Атомиздат, 1979.
2. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник, т.1, кн.1/ Под общ.ред. Коптева Ю.Н., под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша А.В., Малкова Я.В.- М.: ИПЖР, 1998.  
3. Виглеб Г. Датчики. М.: Мир, 1989.
4. Федотов Я.А. Основы физики полупроводниковых приборов. М.: Сов.радио, 1969.
5. Фогельсон И.Б. Транзисторные термодатчики. М.: Сов.радио, 1972.
6. Гордов А.Н., Жагулло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992.

7. Шефтель И.Т. Терморезисторы. М.: Наука, 1973.

8. Орлова М.П, Сафонов Н.И.. Низкотемпературная термометрия. М.: Изд.стандартов, 1975.

9. Зарубин Л.И., Немиш Ю.И. Полупроводниковая криогенная термометрия. Обзор в кн. Полупроводниковая техника и микроэлектроника. Киев: Наукова думка, 1974, вып.16.
10. Вайнберг В.В., Воробкало Ф.М., Зарубин Л.И. Полупроводниковый материал для термометров сопротивления на диапазон (14…300) К. Полупроводниковая техника и микроэлектроника, Киев, 1979, вып.30.
11. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн.1, М.: Мир, 1984.
12. Велшек Я. Измерение низких температур электрическими методами. М.: Энергия, 1980.
13. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. М.: Мир, 1977.

ЮЗГУ.200401.65

Лист

19

Изм

Лист

№докум

Подп

Дата