Структурная схема прямого преобразования

Отличительная черта СИ, имеющего структурную схему прямого преобразования (рисунок 1.9), состоит в том, что все преобразования измерительного сигнала производятся в прямом направлении. Схема сострит из n последовательно соединенных блоков.

На схеме через К1, К2,...,Кn обозначены коэффициенты преобразования блоков. Каждый i-й коэффициент определяется по формуле К= dUi/dUi-1, где Ui-1 и Ui  - входной и выходной сигналы i-го блока.

Входной сигнал UВХ, несущий информацию об измеряемой величине, последовательно преобразуется в промежуточные сигналы U1, U2,…,Un-1 и в выходной сигнал UВЫХ. В общем случае каждый из них является переменным во времени и может быть представлен в виде суммы гармонических составляющих. В связи с этим коэффициент Кi должен выражаться комплексным числом, а анализ структурных схем проводиться с использованием теории функций комплексного переменного. Однако для простоты рассмотрения будем считать, что информативным параметром сигнала является только его амплитуда (это чаще всего и бывает на практике). Тогда коэффициенты преобразования выразятся вещественными числами. Предположим также, что коэффициенты преобразования не зависят от уровня сигнала, т.е. звенья считаются линейными: Кi=const.

Первоначально считая, что все помехи ∆U0i равны нулю, получим уравнение преобразования СИ, имеющего структурную схему прямого преобразования: , где К -коэффициент преобразования СИ.

На процесс измерения будут оказывать влияние изменения и нестабильность коэффициентов преобразования ∆Кi, а также дрейфы нуля, помехи и наводки, которые в сумме можно описать сигналами ∆U0i, складываемыми с выходными сигналами каждого блока. Абсолютная погрешность ∆UВЫХ измерения выходной величины, обусловленная нестабильностью коэффициента преобразования, может быть рассчитана как погрешность косвенного измерения c учетом выражения (1.5): .

            Как видно из этого уравнения, погрешность ∆UВЫХ является муль-типликативной, т.е. зависит от уровня измеряемого сигнала. Относительная мультипликативная погрешность складывается из относительных погрешностей структурных элементов: , где di =∆Кi/Кi - относительная нестабильность коэффициента преобразования i-го блока; ∆К/К - относительная нестабильность коэффициента преобразования СИ.

            Рассмотрим погрешность, обусловленную дрейфом нуля и наводками. Дрейф нуля - это изменение сигнала на выходе блока, не связанное с изменением входного сигнала. Он, как правило, определяется при входном сигнале, равном нулю. Дрейф нуля приводит к смещению передаточной функции i-го элемента (рисунок 1.10,а). Результирующее действие сигналов ∆Uоi приводит к появлению дополнительного выходного сигнала DUвых = DU01K2K3…Kn+DU02K3K4…Kn+…+DU0n

Эта погрешность приведена к выходу СИ и по своей сути является аддитивной.

Таким образом, как следует из двух последних уравнений, в СИ, имеющем структурную схему прямого преобразования, происходит суммирование погрешностей, вносимых отдельными блоками. Для достижения высокой точности прибора требуется высокая стабильность параметров и характеристик каждого из блоков. Все это затрудняет реализацию высокоточных СИ по схеме прямого преобразования.