Методи та засоби метрологічної самоперевірки прецизійних аналого-цифрових перетворювачів у процесі експлуатації
Електронний науковий архів Науково-технічної бібліотеки Національного університету "Львівська політехніка"
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Методи та засоби метрологічної самоперевірки прецизійних аналого-цифрових перетворювачів у процесі експлуатації
Methods and equipment of metrology self-testing of precision analogue to digital converters during exploitation Методы и средства самоповерки прецизионных аналого-цифровых преобразователей в процессе эксплуатации |
|
| Creator |
Кочан, Роман Володимирович
|
|
| Subject |
метрологічна самоперевірка
повірка аналого-цифровий перетворювач інтегральна нелінійність сигма-дельта модулятор metrological self-verification verification analogue to digital conversion integral non-linearity sigma-delta modulator самоповерка поверка аналого-цифровой преобразователь интегральная нелинейность сигма-дельта модулятор |
|
| Description |
У дисертації вирішено науково-технічну проблему забезпечення єдності вимірювань і метрологічної надійності результатів перетворення прецизійних аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) з обмеженням трудомісткості їх метрологічного обслуговування. Для цього запропоновано оснастити їх системою метрологічної самоперевірки, яка ґрунтується на встановленні нуля, калібруванні та визначенні інтегральної нелінійності АЦП (необхідні та достатні процедури). Остання використовує багаторезисторний подільник напруги під’єднаний до джерела напруги калібрування АЦП. Доведено, що у разі усереднення спадів напруги на всіх резисторах подільник є вимірювальним перетворювачем з нехтуючи малою похибкою. Це дозволило запропонувати базовий метод визначення інтегральної нелінійності АЦП і методику його модифікації, яка дала змогу розробити сім нових методів. Показано, що шум АЦП (основне джерело невиключеної похибки) спричиняє похибку меншу за 0,0002 %. Досліджено придатність методів для визначення/корекції інтегральної нелінійності сигма-дельта АЦП. Запропоновано і досліджено концепцію побудови систем метрологічної самоперевірки АЦП. Показано переваги використання таких АЦП у системах вимірювання температури за методом заміщення (похибка менша за 1 мК). There is solved an scientific and technical problem of uniformity the measurements and providing metrological reliability of the conversion results of analog to digital converters (ADCs) with limited complexity of their metrological support. It is proposed to embed the metrology self-testing system into ADC. This metrological self-testing system is based on null setting, calibration and nonlinearity identification (these procedures are necessary and sufficient). The nonlinearity identification procedure is based on multiresistors voltage divider connected to ADC calibration source. It is proved that this voltage divider, in the case of averaging voltages on all resistors, is a converter with negligible small error. It provides development basic method of ADC’s integral nonlinearity identification and methodology of this method modification. It gives opportunity to develop new seven methods. It is showed that noise of ADC is the main source of residual error and it brings error less than 0,0002 %. There is investigated the compatibility of the proposed methods for nonlinearity identification and correction of precision sigma-delta ADC. There is proposed and investigated the conception of development of metrology self-verification system of ADC. There is proved the utility of ADC implementation in temperature measurement systems using replacement method (error less than 1 mK). В диссертации решена важная научно-техническая проблема обеспечения единства измерений и метрологической надежности результатов преобразования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) с одновременным уменьшением трудоемкости их метрологического обслуживания. Предложено оснастить АЦП системой самоповерки, базирующейся на установке нуля, калибровке и определении интегральной нелинейности АЦП (эти процедуры необходимы и достаточны). Последняя основана на использовании многорезисторных делителей, подключенных к источнику напряжения калибровки АЦП. Доказано, что при усреднении падений напряжения на всех резисторах делитель является измерительным преобразователем с пренебрежимо малой погрешностью. На этой основе предложен базовый метод формирования точек поверки (определения интегральной нелинейности АЦП), недостатком которого является размещение точек поверки в нижней половине диапазона преобразования АЦП. Для преодоления этого недостатка создана методология модификации базового метода, позволившая предложить еще семь методов формирования точек определения нелинейности. Предложенные методы обеспечивают формирование 3 … 31 точек определения нелинейности. Показано, что основным источником неисключенной погрешности всех предложенных методов является случайная погрешность АЦП (шум), вызывающий, при поверке 24 разрядных АЦП с амплитудой шума не более шести квантов, погрешность менее 0,0002 %. Исследована пригодность предложенных методов для формирования точек определения нелинейной составляющей погрешности прецизионных сигма-дельта АЦП, для чего создана имитационная модель однобитных сигма-дельта модуляторов первого, второго и третьего порядков, позволившая также выявить практическую независимость нелинейности модулятора от нелинейности второго и третьего интеграторов и сформулировать рекомендации для повышения эффективности определения и/или коррекции интегральной нелинейности АЦП. На основе проведенных исследований показаны недостатки традиционной периодической лабораторной поверки и разработана концепция самоповерки АЦП в процессе эксплуатации, определены требования к системам самоповерки АЦП и их компонентам, а также вопросы их метрологического обслуживания путем замены источника напряжения калибровки АЦП. Разработаны варианты структуры этих систем для разных измерительных систем и предложен метод самоповерки многодиапазонных сигма-дельта АЦП. Доказано возможность измерения с помощью АЦП с использованием метода замещения и показано целесообразность коррекции интегральной нелинейности АЦП, поскольку инструментальная погрешность результатов таких измерений определяется остаточной нелинейностью АЦП. Исследовано зависимость этой инструментальной погрешности от структуры переходной меры и показано, что увеличение количества декад больше двух нецелесообразно. Разработан метод коррекции самонагрева термометров сопротивления рабочим током и спроектировано систему измерения температуры с помощью платиновых термометров сопротивления с погрешностью менее 1 мК. |
|
| Date |
2013-09-09T11:42:33Z
2013-09-09T11:42:33Z 2013 |
|
| Type |
Autoreferat
|
|
| Identifier |
Кочан Р. В. Методи та засоби метрологічної самоперевірки прецизійних аналого-цифрових перетворювачів у процесі експлуатації : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук : 05.11.05 – прилади та методи вимірювання електричних та магнітних величин / Роман Володимирович Кочан ; Національний університет «Львівська політехніка». - Львів, 2013. - 37 с.
http://ena.lp.edu.ua:8080/handle/ntb/20725 |
|
| Language |
ua
|
|
| Publisher |
Національний університет "Львівська політехніка"
|
|