Разработка и исследование высокопроизводительных АЦП для прецизионных систем весоизмерения

• Автор: Марценюк, Валерий Пантелеймонович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Винница
• Количество страниц: 224 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЗОР МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ, ПАРАМЕТРОВ И СХЕМОТЕХНИКИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ АЦП И ЦАП. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.
1.1. Области применения и основные параметры высокопроизводительных преобразователей формы информации. Преобразователи аналогкод в прецизионном весоизмерении.
1.2. Современный уровень развития техники прецизионного цифроаналогового преобразования.
1.3. Анализ параметров, принципов построения и схемотехники быстродействующих прецизионных АЦП.

1.4. Определение направлений исследований.

Постановка задач

ГЛАВА 2. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АЦП И ЦАП НА

ОСНОВЕ СИММЕТРИЧНЫХ ИЗБЫТОЧНЫХ КОДОВ

2.1. Основные свойства симметричных кодов

2.2. Пути снижения динамических погрешностей
АЦП в симметричных избыточных кодах.
2.2.1. Динамические характеристики АЦП.
2.2.2. Автокомпенсация динамической погрешности первого рода в АЦП поразрядного уравновешивания.
2.2.3. Автокомпенсация динамической погрешности второго рода в АЦП поразрядного уравновешивания .
2.3. Способ определения погрешностей линейности
цифроаналоговых преобразователей .
2.4. Аналогоцифровой преобразователь поразрядного уравновешивания с автокомпенсацией
и автокоррекцией погрешностей
2.5. Сравнительные оценки
2.6. Вывода
ГЛАВА 3. СХЕМЫ СРАВНЕНИЯ ТОКОВ Г
3.1. Анализ параметров и классификация
3.2. Схемотехнические направления реализации
схем сравнения токов .
3.3. Исследование точностных параметров схем
сравнения токов на основе преобразователя токнапряжение .
3.4. Сравнительные оценки
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. НЕКОРРЕКТИРУЕМЫЕ ПОГРЕШНОСТИ ПКТ
ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ .
4.1. Динамика работы диодных ключей при малых
рабочих токах
4.2. Анализ температурных погрешностей ПКТ .
4.3. Исследование влияния Кмт и Ян на формирование погрешностей сегментного ПКТ
4.4. Обратные токи ключевых элементов и их
влияние на погрешность ПКТ
4.5. Шумовая модель одноразрядного ПКТ .
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УЗЛОВ И СТРУКТУР
ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ АЦП И ЦАП .
5.1. Аналогоцифровой блок поразрядного уравновешивания для системного АЦП с автоконтролем и автокоррекцией метрологических параметров ..
5.2. Схема сравнения токов
5.3. Вывода
Заключение .
Литература


Из данных анализа таблиц I и 2 работы [ю] , следует, что цена деления (ЦЦ) в зависимости от наибольшего предела взвешивания (НПВ) колеблется от г до 5 кГ, а соотношение НПВ к ЦЦ для одного диапазона измерения от ^ до 2*^ ( например, весы Я? Ьетбег , Австрия ). В электронно-механических взвешивающих устройствах в качест-ве динамометрического датчика чаще всего используется упругий элемент в сочетании с преобразователем сила-аналог (С/А), например, тензорезисторного типа. Для преобразования сигнала датчика, представленного в виде уровней напряжения или тока, в цифровой код используется согласующий усилитель (СУ) и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) В дальнейшем сигналы АЦП подаются на арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняющее обработку сигнала по заданному алгоритму, а затем на исполняющее и/или регистрирующее устройство (ИРУ). Структурная схема такой системы приведена на рис. ОЗУ. Такая система является быстродействующей, компактной, высокоточной и позволяет выполнять сложные задачи по преобразованию, фильтрации, обработке и передаче либо отображению результатов взвешивания. Использование в качестве МУ и БУ микропроцессоров и мик-ро-ЭВМ является одним из самых перспективных направлений развития таких систем. Причем трудные и дорогостоящие ранее операции, связанные с компенсацией и регулировкой ( линеаризация, температурная компенсация) , а также с влиянием паразитных механических колебаний ( фильтрация ), можно успешно выполнять с помощью вычислительных устройств. А поэтощу все чаще и чаще при разработке весоизмерительных систем (ШС) появляется тенденция к использованию плохих датчиков в сочетании с высокоэффективными электронными и микропроцессорными системами [] . Известно [] , что интегральные тензорезисторные преобразователи (ИТП) характеризуются отсутствием гистерезиса и сравнительно высокой долговременной стабильностью, т. Типичные значения погрешностей линейности составляют (0,2. Ю°С и ( 0,1. Ю°С по мультипликативной составляющей. Также известно [, ]что путем специального отбора, линеаризации и температурной компенсации конкретного датчика можно достичь уменьшения погрешностей датчика до (0, . Выполним формальную оценку максимально-допустимых уровней погрешности исходя из того, что экспериментальные данные ^,] допускают возможность получения погрешности датчика, после выполнения операций программно-табличной коррекции погрешностей линейности и температурных дрейфов на уровне 8^ ^0,%. Для учета погрешности временной нестабильности, которая все-таки присутствует в реальных ИТП и не учитывается в промежутках между циклами обновления данных таблиц коррекции, необходимо выделить 8др <0,%. Известно []> что погрешность вычислений примерно на порядок меньше общей погрешности т. Итого на нормирующе-согласующий тракт и АЦП остается 0,%. Яти 4 $ст . Ox? АЦП. Обеспечение общей точности системы Pg <0,1% требует, в некоторых случаях, увеличения разрешающей способности системы, а следовательно и АЦП, до уровня соответствующего . АЦП систем весоизмерения на уровне ^. Статическая погрешность Рcm АЦП однозначно определяется погрешностями линейности, масштаба и смещения нуля, определение и учет которых особого труда не представляет. Для системы дозирования и^ может быть оценена исходя из того, что реальный сигнал ( см. Из экперимантальных данных известно, что для систем дозирования жидких металлов ^х max может изменяться в пределах (0,1. Рис. Ку - коэффициент размерностью 1/сек. Ухтах-^Ягтх/1,ерос. АЦП для системы дозирования металлов необходимо значительно ( на один, два порядка ) снижать динамическую погрешность, а следовательно и апертурное время преобразователя. Для систем взвешивания, сигнал которых представляет собой постоянный уровень, значение динамической погрешности от изменения сигнала можно не учитывать. Перед выбором направления проведения исследований с целью построения высокопроизводительных АЦП для прецизионных систем взвешивания и дозирования металлов, предварительно необходимо выполнить анализ методов построения, параметров и схемотехники известных моделей высокопроизводительных АЦП и ЦАП с уровнем разрешения Яр Ъ ^ и временем преобразования Тпр ^ Аг • Материалы указанных исследований изложены в параграфах 1.