Kordamisküsimused õppeaines "Mõõtmised ja andmetöötlus" (0)

3 HALB

Kordamisküsimused õppeaines "Mõõtmised ja andmetöötlus"

Mõõteseadme või -süsteemi funktsionaalelemendid
Joonisel on need alamsüsteemid
järgmised: tundlik element, signaali muundamise alamsüsteem – mõõteseade
ja salvestamise või indikatsiooni seade.
Mõõtekeskkond ehk -objekt on keeruline mitmekülgne nähtus või protsess, millel
võib olla palju mõõdetavaid parameetreid, kuid konkreetses olukorras reageerib
mõõtesüsteem vaid ühele nendest , mida nimetatakse mõõdetavaks suuruseks.
Tundlik element – tajur kujutab endast primaarmõõtemuundurit, mis on
ehitatud teatud kindla füüsikalise tööpõhimõtte alusel ning on võimeline vastu võtma sisendsignaali .
Keerulisemate süsteemide korral võib mõõteseadme koosseisu kuuluda peale
primaarmõõtemuunduri veel mitu muundurit, mis töötlevad mõõteinformatsiooni
jadamisi. Sellist mõõteobjekti vahetus läheduses asuvat muundurite
komplekti nimetatakse anduriks (ingl sensor).

Aktiivsed ja passiivsed füüsikalised suurused. Aktiivse ja passiivse anduri mõiste
Aktiivseteks võib lugeda selliseid füüsikalisi suurusi, mida saab muundada mõõteinformatsiooni
signaaliks lisaenergiaallikaid kasutamata. Sellisteks suurusteks
on temperatuur, jõud, elektrivool ja -pinge, magnetväli, rõhk jt.
Passiivsete suuruste mõõtmiseks on vaja kasutada lisaenergiaallikat, mille abil
tekitatakse mõõteinformatsiooni signaal . Selliste suuruste hulka kuuluvad elektriline
takistus, mahtuvus, induktiivsus , viskoossus , mass jt. Lisaenergiaallika (ergutuse)
kasutamisel mõõdetavad passiivsed suurused osalevad mõõteinformatsiooni
signaali tekitamisel ning neid võib sellisel juhul vaadelda kui aktiivseid
suurusi.
Kõik andurid võivad olla kas passiivsed või aktiivsed. Passiivsed andurid muundavad
mõõdetava füüsikalise suuruse elektriliseks väljundsignaaliks ilma lisaenergiaallikata,
st genereerivad elektromotoorjõudu või voolu. Selliste andurite hulka
kuuluvad termopaarid, piesoelektrilised andurid, fotoelemendid jne. Aktiivsete
andurite funktsioneerimiseks on vajalik nn ergutussignaal, mille olemasolul
anduri väljundis tekib elektrisignaali muutus, mis on seotud anduri parameetriliste
suuruste ( elektritakistus , -mahtuvus või induktiivsus) muutusega. Andurite
ja füüsikaliste suuruste klassifitseerimisel aktiivseteks ja passiivseteks näeme, et
aktiivsete suuruste mõõtmiseks kasutatakse passiivseid andureid ning passiivsete
suuruste mõõtmiseks aktiivseid andureid.

Mõõteseadme mõõtevigade klassifikatsioon
Metoodilised ja riistavead. Riistavead tekivad mõõteseadme või selle osade ebapiisava
kvaliteedi tõttu. Näiteks indikatsiooniseadme osuti laagrites tekib hõõrdetakistuse
tõttu lisajõud, mis mõjutab osuti asendit.
Vastastikuse mõju vead. Seda liiki vead tekivad mõõteseadme, mõõteobjekti ja
eksperimentaatori vastastikusest mõjust mõõtmiste käigus. Näiteks pinge mõõtmisel
voltmeetri abil peab voltmeetri sisetakistus olema väga suur võrreldes mõõdetava
ahela takistusega.
Põhi- ja lisavead. Iga mõõteseade töötab keerulistes, ajas muutuvates tingimustes
ja peale mõõdetava suuruse reageerib mingil määral ka teistele, mittemõõdetavatele,
kuid samaaegselt talle mõjuvatele suurustele.
Süstemaatilised ja juhuslikud vead. Süstemaatilisi vigu (ingl bias errors) võib
nende muutuse iseloomu järgi jagada püsi- ja muutuvvigadeks. Püsivigade hulka kuuluvad näiteks vead, mis on seotud mõõteseadme skaala ebatäpse
gradueerimisega või kogu skaala nihkega. Muutuvaid vigu võib omakorda jagada perioodilisteks ja progresseeruvateks. Perioodiline
viga võib näiteks tekkida temperatuuri muutusest ööpäeva jooksul.
Progresseeruvateks nimetatakse vigu, mis monotoonselt muutuvad (suurenevad
või vähenevad) mingi, üldjuhul mitteteadaoleva seaduse järgi
Absoluutne, suhteline ja taandviga. Igasuguse mõõteseadme väljundsignaal on
mingisuguses sõltuvuses sisendsignaalist (mõõdetavast suurusest ). See sõltuvus
kujutab üldjuhul endast mingit funktsiooni. Igasugused mõõteseadme vead on
reaalse muundamise funktsiooni kõrvalekalded tõestest väärtustest [2, 5]. Joonisel
1.22 esitatud mõõteseadme tunnusjoonte erinevused mõõdetuna x- või y- telgede
suunas Δx = xreaalne − xteoreetiline ja Δy = yreaalne − yteoreetiline on nn absoluutsed
vead, mille väärtusi väljendatakse telgedele vastavates ühikutes.
Absoluutse vea põhjal ei saa teha järeldusi mõõtmise üldise täpsuse kohta, kuna
viga Δx = 1 °C on piisavalt väike x = 1000 °C juures, kuid liiga suur, kui mõõdetava
suuruse maksimaalne muutus on 10 °C. Seetõttu kasutatakse suhtelise vea mõistet γx = Δx/x ja γy = Δy/y, mille väärtust väljendatakse protsentides. Kuid selle
vea suurus muutub mõõteskaala ulatuses, kuna muutuvad x ja y väärtused.
Sellepärast on vaja veel ühte – taandvea mõistet, γ0 = [(xreaalne − xteoreetiline)/X ]⋅100

Mõõteseadme põhilised staatilised parameetrid
Mõõteseadmeid iseloomustavaid tunnuseid jagatakse tavaliselt kaheks suuremaks
grupiks – staatilisteks ja dünaamilisteks parameetriteks.
Staatiline kalibreerimine (ingl calibration) on selline mõõteseadme katsetamine,
kus laboratoorsetes tingimustes kõik mõjuvad suurused peale ühe hoitakse konstantsena,
säilitades normaalsed töötingimused
Ülekandefunktsioon (ingl transfer function). Igal mõõtemuunduril on olemas nn
ideaalne või teoreetiline sisend -väljundsignaalide seos. Kui muundur oleks valmistatud
ideaalsetest materjalidest , ideaalse mudeli baasil ideaalse täpsusega, siis sellise
muunduri väljundsignaal vastaks alati mõõdetava suuruse tegelikule väärtusele.
Ideaalset funktsiooni saab defineerida väärtuste tabeliga , graafikuga või matemaatilise
võrrandiga. Ülekandefunktsiooni graafikut nimetatakse ka muunduri või mõõteseadme teoreetiliseks
tunnusjooneks.
Mõõtepiirkond (ingl range) – mõõdetava suuruse väärtuste vahe, mille jaoks on
normeeritud lubatavad mõõtevead. Seda vahemikku defineeritakse mõõtepiirkonna
minimaalse ja maksimaalse väärtusega või algväärtusega ja diapasooni pikkusega,
näiteks ±3V või 0…5A.
Mõõtevahemik (ingl span ) on mõõtepiirkonna pikkus. Näiteks mõõtepiirkonna
±3V pikkuseks ehk mõõtevahemikuks on 6V
Mõõtetäpsus (ingl accuracy ) iseloomustab mõõtetulemuse qv lähedust tegelikule
väärtusele qtegelik . Tavaliselt ei väljendata mõõtetäpsust numbrilise väärtusena. Selle asemel kasutatakse mõõtevea mõistet, kusjuures vea väiksemad arvulised
väärtused vastavad suuremale täpsusele. Näiteks 0,1%-ne viga vastab suuremale
mõõtetäpsusele kui 0,5%.
Mõõtetulemuste hajuvus (ingl precision ) iseloomustab mõõteseadme näitude stabiilsust,
s.o. kokkulangevust korduvatel mõõtmistel.
Mõõtetulemuste hälve (ingl precision error ) – erinevus mõõtmiste üksiktulemuse
ja kõigi teiste mõõtetulemuste keskmise väärtuse vahel ühe ja sama tegeliku
mõõdetava väärtuse korral konstantsete välistingimuste juures.
Mõõtetulemuste hajuvuse piirid (ingl range of precision error) – suurim võimalik
erinevus mõõtmiste üksiktulemuse väärtuse ja kõigi teiste mõõtetulemuste keskmise
väärtuse vahel ühe ja sama tegeliku mõõdetava väärtuse korral püsivate välistingimuste
juures, näiteks ±0,34V
Nulliviga (ingl zero offset). Kui reaalne tunnusjoon on nihutatud teoreetilise
tunnusjoone suhtes selliselt , et kõigi sisendsuuruse väärtustele vastavad väljundsuurused
erinevad teoreetilistest mingi püsiva suuruse Δ0 võrra, siis sellist viga
nimetatakse nulliveaks.
Tundlikkus (ingl sensitivity ) on väljundsignaali qv muutuse Δqv = qv2 − qv1 ja selle
tekitanud sisendsignaali qs muutuse Δqs = qs2 − qs1 suhe k = Δqv /Δqs.
Eraldusvõime (ingl resolution) all mõistetakse sellist sisendsignaali muutust, mis
kutsub esile minimaalse väljundsignaali muutuse, mida vaatleja saab antud seadme
abil fikseerida ilma lisaseadmeteta
Tundlikkuse läveks (ingl threshold ) loetakse eraldusvõimet, mis on kindlaks tehtud
sisendsignaali suurendamisel alates selle nullväärtusest. Seega määrab eraldusvõime
sisendsignaali väikseima fikseeritava muutuse, tundlikkuse lävi aga sisendsignaali
minimaalse mõõdetava väärtuse.
Lineaarsus (ingl linearity) on kalibreerimiskõvera kuju lähedus valitud sirgele.

Hüstereesi nähtus diskreetväljundi korral
Hüstereesi (ingl hysteresis) mõiste on seotud mõõteseadme väljundsignaali või
mõõtetulemuse erinevusega sõltuvalt sellest, kas see tulemus on saadud sisendsignaali
väärtuste suurenemise või vähenemise protsessis (joonis 1.27). See efekt
on sarnane ferromagnetiliste materjalide magnetiseerumisele ning sõltub näiteks
hõõrdetakistusest, konstruktiivsete elementide mehaanilisest elastsusest, elektrilisest
mahtuvusest jne. Et mõõtmiste käigus ei ole üksikmõõtmise korral alati
võimalik kindlaks teha mõõdetava suuruse muutuse suunda, avaldub hüstereesiviga
kui juhuslik viga. Kalibreerimisel on hüstereesiviga siiski eristatav kui süstemaatiline
viga ning tavaliselt esitavad tootjad selle vea väärtust mõõteseadme
täpsuse ühe komponendina.

Mõõteseadme diferentsiaalvõrrand, ülekandefunktsioon
Igal mõõtemuunduril on olemas nn
ideaalne või teoreetiline sisend-väljundsignaalide seos. See funktsioon kirjeldab
mõõtemuunduri väljundsignaali qv sõltuvust sisendsignaalist qs: qv = f (qs).
Ülekandefunktsiooni graafikut nimetatakse ka muunduri või mõõteseadme teoreetiliseks
tunnusjooneks. Tavaliste (ühest argumendist sõltuvate) konstantsete kordajatega lineaarsete või
lineariseeritud diferentsiaalvõrrandite (ingl ordinary differential equation – ODE)
kasutamisel saame sisendsuurustest sõltuva funktsiooni f (t) ja mõõtesüsteemi
väljundi vahelise suhte kirjeldamiseks koostada võrrandi
kus qv on väljundsuurus ning a väärtused moodustavad süsteemi parameetrite
kombinatsiooni , mida loeme konstantseks.

Esimest järku integreeriva süsteemi tunnusjooned
Kui valemites (1.29) ja (1.30) on kõik parameetrid a ja b võrdsed nulliga, väljaarvatud
a1, a0 ja b0, saame võrrandi
Joonisel 1.38 illustreerib sellist muutust keskkonna tunnusjoon (kõver 1). Nimetatud
keskkonnas paikneb inertne andur , mille ajakonstant on τa ja viide τa0

Mõõteseadme sisend- ja väljundtakistus, koormus
Suvalise mõõteseadme kasutamine mõjutab mõõtekeskkonda ning kasutab teatud
osa mõõdetava suuruse energiast mõõteseadme funktsioneerimiseks. Seetõttu
on ideaalne mõõtmine teoreetiliselt võimatu. Et eri seadmete poolt avaldatav
mõju ehk koormus on erisugune, siis nende võrdlemiseks kasutatakse mõistet
sisendnäivtakistus (ingl input impedance). Nagu selgub lähemal vaatlusel, on energia ja informatsiooni üheaegse edastamise
kirjeldamiseks vaja kahte muutuvat suurust [16]. Mõõteseadme iga osa sisendis
eksisteerib muutuja qs1, mille põhiomadused võimaldavad kasutada seda informatsiooni
edastajana. Samaaegselt eksisteerib samas sisendis ka teine muutuja
qs2, mis on seotud informatiivse muutujaga sellisel viisil, et nende korrutis qs1⋅qs2
kujutab endast süsteemi eelnevast elemendist tarbitava energia hetkväärtust ehk
võimsust. Sellisel juhul on üldist sisendnäivtakistust võimalik kirjeldada kui
Näeme, et võimsuse tarbe minimeerimiseks on vaja kasutada võimalikult suurt
sisendnäivtakistust. Kuna näivtakistuse mõiste pärineb elektrotehnikast, on harjumuspärasem
kasutada ka üldise sisendnäivtakistusega seotud probleemide illustreerimiseks
näiteid elektrimõõtmiste valdkonnast.
Joonisel 1.28 on vaadeldud kahte eri tüübilist andurit ning nendelt edastatava
elektrilise signaali mõõteahelaga sobitamise variante. Andur võib kujutada endast
kas elektrilist pingeallikat (joonis 1.28, a) või vooluallikat (joonis 1.28, b).
Võib eristada ideaalseid ja reaalseid pinge- ja vooluallikaid.
Ideaalse pingeallika sisetakistus ehk üldisemal juhul väljundnäivtakistus zv (ingl
output impedance) on null, mistõttu tema väljundpinge ei sõltu koormusahela
poolt tarbitavast voolust. Reaalse pingeallika korral ei ole selle väljundnäivtakistus
null, kuid on palju väiksem koormusahela sisendnäivtakistusest zv zs .
Ideaalse vooluallika väljundnäivtakistus on lõpmata suur ning väljundvool konstantne .
Reaalsel vooluallikal on väljundnäivtakistus küll tunduvalt suurem
koormusahela sisendnäivtakistusest zv > zs , kuid ei ole lõpmata suur.

Takistusliku primaarmuunduri neljajuhtmeline ühendusskeem

Mõõtesilla ühendusskeemid
Mõõtmiste käigus esineb küllaltki
tihti olukordi, kus näiteks tensoanduritest moodustatud Wheatstone’i mõõtesild
paikneb mõõteseadmest (voltmeetrist) eemal. Sellisel juhul on üheks silla väljundpinget
mõjutavaks teguriks toitepinge temperatuuristabiilsus [8], mille tagamiseks
kasutatakse sageli toitepinge mõõtmist silla läheduses. Pikkade juhtmete
takistus võib seejuures samuti mõjuda ebasoodsalt silla toitepingele.
Probleemi lahendamiseks kasutatakse kuuejuhtmelist silla ühendusskeemi (joonis
2.59). Mõõtesilla toitediagonaali tippudes olevat toitepinget ja mõõtediagonaalis
olevat muutuvat väljundsignaali Ux mõõdetakse suure sisendtakistusega
voltmeetrite abil, mille tõttu vool nende ühendusjuhtmetes peaaegu puudub.
Mõlema pinge mõõtmiseks on eraldi juhtmed . Silla toitepinge jaoks kasutatakse
samuti eraldi juhtmeid . Silla toitediagonaalis oleva pinge täpse väärtuse mõõtmisega tekib võimalus vajaduse korral muuta toitepinget vastavuses temperatuuri
muutustega või arvestada tegelikku toitepinget mõõtetulemuse korrigeerimiseks.

Pingejaguri skeem alalispingele ja vahelduvpingele
kus Us on sisendpinge ja Uv – pingejaguri väljundpinge.

Pingejaguri skeem vahelduvpingele

Indutseeritud müra vähendamine juhtmete keerupaari abil
Induktiivse sidestuse vähendamiseks signaalijuhtmete ja müraallika vahel kasutatakse
nn keerupaari (ingl twisted pair) põhimõtet, mille korral on kõik juhtmed
paarikaupa kogu oma pikkuse ulatuses keeratud üksteise ümber (joonis 2.74).
Keerupaare ümbritseb tavaliselt varjestus, mis võimaldab lisaks indutseeritud
müra vähendamisele (keerupaari abil) summutada ka mahtuvusliku sidestuse tõttu
tekkivat müra. Joonisel esitatud juhtmete A ja B korral indutseerub müraallikale
lähemal asuvates juhtmete lõikudes pinge U1, kaugemal asuvates lõikudes
aga pinge U2, kusjuures U1 on suurem kui U2. Summaarne juhtmete pinge
moodustub lõikude pingetest. Vaadeldaval juhul on juhtme A esimeses kahes
keerus indutseeritud pingete summa U1 + U2 ning juhtmes B vastavalt U2 + U1.
Selline pingete võrdsus kahe keeru kaupa jätkub kogu juhtmete pikkuse ulatuses
ja seega summaarne indutseeritud pinge on juhtmetes võrdne. Väike erinevus võib
tekkida ühe keeru arvelt juhul kui keerdude arv juhtme lõigus on paaritu.

Digitaalmõõteseadme põhielemendid mitmekanalilise süsteemi korral
Mõõdetav suurus qs teisendatakse sisendmuunduri
abil vajaliku amplituudiga pingesignaaliks. See normeeritud signaal
sisestatakse analoog -digitaalmuundurisse, kus toimub selle teisendamine
koodiks, mida esitatakse monitoril kümnendarvudena. Kõiki protsesse süsteemis
sünkroniseerib juhtplokk.
Sisendmuunduri konstruktsioon sarnaneb tavaliste elektronmõõteseadmete sisendahelatega.
Selle süsteemi funktsioonide hulka kuulub sisendsuuruse muundamine
pingeks ja vajaduse korral võimendamine, alaldamine ning mürataseme
piiramine vastavate võimendite ja filtrite abil.

Hoidelülituse (valiku-hoidmise skeemi) tööpõhimõte ja kasutusvaldkond
Kiirelt muutuvate sisendsignaalide korral võib üksikute mõõtmiste vahel olla vajalik,
eriti aeglasemalt töötavate muundurite puhul, veel analoogsignaali väärtuse salvestamine nn valiku-hoidmise – V/H (ingl sample-and- hold – S/H) ehk hoidelülituse
(ingl track-and-hold – T/H) abil, mis kindlustab signaali suhtelise muutumatuse
teisendamise ajaks (joonis 2.24, [26]).
Analoogsignaali salvestamise seadmeid valmistatakse autonoomsete mikrolülitustena
või A/D-muunduri koostisosana. Hoidelülituse kasutamise võimalused sõltuvad
peamiselt sisendpinge muutusele reageerimise (signaali salvestava kondensaatori
laadimise ) kiirusest ja salvestatud pinge vähenemise (kondensaatori tühjenemise)
kiirusest.

Komparaatori tööpõhimõte, tunnusjooned
Komparaatorid, mida kasutatakse A/D- muundurites , kujutavad endast väga väikse
nihkepingega ja väga suure võimendusega spetsialiseeritud operatsioonvõimendeid
(vt lk 151). Toitepinge allikaid võib olla üks või kaks. Komparaatoril on kaks sisendit
ja üks väljund. Kui üks sisenditest on ühendatud tugipinge allikaga, siis
teisele sisendile antav signaal kutsub esile komparaatori väljundpinge hüppelise
muutuse hetkel, mil mõlema sisendi pinged on võrdsed (joonis 2.23). Praktiliste
ülesannete lahendamisel arvestatakse, et kui U2 > U1, siis väljundsignaal suurenebhüppeliselt positiivse toitepingeni. Kui U2 U1, siis väljundsignaal suureneb
negatiivse toitepingeni kahepolaarse toiteallika korral või väheneb peaaegu nullini
juhul, kui toiteallikaid on üks.
Põhilised komparaatoritele esitatavad nõuded on piisav ümberlülitamise kiirus ja
täpsus. Täpsus sõltub osaliselt temperatuuri muutuste, toitepinge kõikumiste ja
muude tegurite mõjul tekkivast mürast. Tavaliselt projekteeritakse
komparaatorid selliselt, et müra ei ületaks 1 LSB väärtust. Peale selle peab komparaator
eristama sisendpinge muutusi süsteemi üldise täpsuse piires. Teiste sõnadega,
komparaator peab olema sama täpne kui kogu süsteem.

Analoog-digitaalmuunduri lahutusvõime kahendkood - ja kümnendkoodväljundi korral
Põhilisteks A/D-muundureid iseloomustavateks staatilisteks parameetriteks, millest
sõltub muunduri täpsus, on lahutusvõime ja vastav kvantimise viga, nulliviga,
tõusuviga ning diferentsiaalne ja integraalne mittelineaarsus.
Lahutusvõime (ingl resolution) (vt lk 41 – eraldusvõime) sõltub seadme väljundkoodi
moodustavate kahendjärkude arvust (tavaliselt 6, 8, 10, 12, 14 või 16) ning
analoogsignaali (sisendpinge) maksimaalsest mõõtevahemikust. Näiteks n- bitise
lahutusvõimega A/D-muunduril on 2n võimalikku kahendkoodikombinatsiooni,
mille abil saab kindlaks määrata 2n analoogsignaali sammu taset. Kuid peab arvestama,
et kuna esimese (nullinda) ja viimase sammu pikkuseks on ainult pool
täissammu pikkusest, siis täisskaala ulatus (mõõtevahemik) (ingl full -scale range –
FSR) jaguneb 2n − 1 sammuks. Seega ühe sammu pikkus
1 LSB = FSR/(2n − 1), (2.51)
kus n on A/D-muunduri kahendjärkude arv. Kui näiteks, muunduri sisendpinge
lubatav maksimaalne muutus on ±2,5 V (FSR = 5 V) ja seade on 12-järguline,
siis, kuna 212 = 4096, minimaalne pinge muutuse väärtus, mida A/D-muundur
suudab eristada, ehk lahutusvõime on 5/(4096 −1) = 1,221·10−3 V, mis moodustab
0,0244% mõõtevahemikust. Mida suurem on lahutusvõime, seda väiksem
on kvantimise viga (joonis 2.18, b).
Kümnendkoodis mõõtetulemusi väljastavate muundurite lahutusvõimet määrab
indikatsiooniseadme numbrikohtade arv. Teisaldatavates seadmetes kasutatakse
3½- või 4½-kohalist indikaatorit, kus 3 või 4 kohta on numbrite 0…9 esitamiseks
ja üks koht miinusmärgi, koma ja number 1 jaoks. Maksimaalne esitatav arv on
seega ±1999 või ±19999 ja minimaalne – ±0,001 või ±0,0001.

Digitaalse mõõtesüsteemi muundamiskiirus ja mõõtesagedus
Veel üheks oluliseks parameetriks, mille järgi otsustatakse muunduri sobivust
konkreetse ülesande täitmiseks, on teisendamise (muundamise) kiirus. Teisendamise
kiirust (ingl conversion rate ) iseloomustab aeg, mis kulub signaali sisestamise
hetkest sisendi kaudu stabiilse koodi tekkimise hetkeni väljundis. Väljundkoodi
iga järgu formeerimiseks kulub tavaliselt teatud arv süsteemi taktimpulsse, seega mõjutab muundamise aega otseselt taktsagedus. Sama konstruktsiooni
ja taktsagedusega seadme väljundkoodi tekkimise kiirus sõltub järkude arvust
– mida rohkem järke, seda madalam teisendamise kiirus (v.a rööpne teisendamine).
Muundurite töö põhineb mitmesugustel analoog-digitaalmuundamise meetoditel .
Igaühel neist on omad eelised ja puudused, mida tuleb arvestada muunduri
valikul püstitatud ülesande täitmiseks.
Rööpmuundamise meetod kindlustab suure teisendamise kiiruse. Tüüpiline
muundamistsükli aeg on 25…100 ns, millele vastab mõõdetava suuruse väärtuste
40…10 MHz sagedusega kindlaksmääramise võimalus. Teisendamiseks vajalik
aeg kulub komparaatorite ümberlülituseks ja kooderi tööks. Kuid reaalsete
mõõtmiste korral kulub peale muundamiseks vajaliku aja teatud aeg ka mõõtetulemust
kajastava koodi edastamiseks monitorile, mikrokontrolleri või arvuti (PC)
andmesiinile ning mõõteprotsessi juhtimiseks . Lisaajakulu tõttu mõõdetava suuruse
väärtuste fikseerimise sagedus – mõõtesagedus (ingl sampling rate või scan
rate) – on tunduvalt väiksem kui teisendamise sagedus.

A/D-muundurite põhitüübid

Järjestikuse lähendamise A/D- muundurid
järgiv A/Dmuundur

Integreerivad A/D-muundurid

ühekordse integreerimise

sigma- delta A/Dmuundur
digitaalse integreerimisega A/D-muundur

Mitmeastmelise konveiertöötlusega A/D-muundurid

Järjestikuse lähendamise A/D-muunduri muundamise protsess
Järjestikuse lähendamise A/D-muundurid (ingl successive-approximation register
A/D converter – SAR ADC) on sageli kõige parem valik seadmetele, mis on keskmise
kuni kõrge lahutusvõimega (8…16 järku), mõõtesagedusega kuni 5 Msps.
Selline omaduste kombinatsioon, millele lisandub veel väike energiatarve , võimaldab
nende väga laialdast kasutamist eri valdkondades, nt patareitoitel töötavates
portatiivsetes mõõturites, tööstuslikes juhtimisseadmetes, andmekogumissüsteemides.
Seda tüüpi laialt levinud muundamise seadmed koosnevad komparaatorist, SARloogikaplokist,
n-järgulisest registrist ja digitaal-analoogmuundurist (D/A), mille
väljundis elementaarsetest astmetest väärtusega 1 LSB formeeritava pinge suurus
sõltub muunduri sisendis oleva kahendkoodi väärtusest ning järkude arvust.
Konstrueeritud analoogsignaali võrreldakse mõõdetava signaaliga komparaatori
abil (joonis 2.26). Analoogsisendpinge salvestatakse mõõtmise ajaks hoidelülituse abil. Kahendkoodi
kindlaksmääramise algoritmi kohaselt laaditakse süsteemi registrisse kõigepealt
kood, mis vastab mõõtevahemiku keskpunktile. See saavutatakse kõige
suurema kaaluga kõrgeima biti (ingl most significant bit – MSB ) seadmisega loogilisse
kõrgseisu (MSB =“1“). Kõik teised bitid on madalseisus. Selle tulemusena
formeerub D/A-muunduri väljundis pinge UDAC = Uref /2, kus Uref on tugipinge,
mis määrab mõõteseadme maksimaalse mõõtevahemiku ja 1 LSB väärtuse.
SA-registri juhtloogikaplokk lülitub seejärel järgmisele järgule, viies selle loogilisse
kõrgseisu, ning võrdlustsükkel kordub. Kirjeldatud operatsioonide järjestus
jätkub kõigi registri järkude korral kuni LSB-ni. Teisendamine lõpeb, kui kõik
järgud on kontrollitud ja registri väljundis on moodustunud n-bitine kood.
Joonisel 2.27 on esitatud näide 8-bitisest muundamisest. Graafik kujutab endast
Seejärel toimub mõõdetava sisendpinge Us võrdlus UDAC -ga. Kui selgub, et mitteinverteerivale
komparaatori sisendile (+) jõudev pinge Us > UDAC , siis komparaatori
väljund on loogilises kõrgseisus ja registri kõrgeim bitt jääb samuti kõrgseisu.
Vastasel juhul, kui Us ja registri MSB loogiline seis muutub kõrgseisust madalseisuks (MSB =“0“).
D/A-muunduri väljundpinge muutust teisendamise käigus. Sisendpinge on selles
näites 0,57Uref. Esimese võrdlustsükli käigus moodustatakse registri väljundis
SA-loogikaploki poolt kõigepealt kood 100000002 (bitt 7=“1“), mis suunatakse
D/A-muunduri digitaalsisenditele rööpkoodina. Reageerides sisendkoodile väljastab
muundur vastava pinge UDAC, mis antakse komparaatori sisendile. Pinge
väärtus on 0,5Uref, kuna 8-bitise süsteemi kõrgeima biti kaal on 128/256 = ½
mõõtevahemikust. Antud juhul on mõõtevahemik võrdne tugipingega Uref.
Komparaatori sisenditel olevate pingete võrdlus näitab, et mõõdetav sisendpinge
Us on muunduri väljundpingest UDAC suurem ning registri MSB-bitt 7 jääb loogilisse
kõrgseisu (bitt 7=“1“).
Järgmine võrdlustsükkel toimub pärast kahendkoodi 110000002 moodustamist
registri väljundis. Kõrgseisus olevale kõrgeimale bitile 7 lisandub biti 6 kõrgseis.
Kuuenda biti kaaluks on 64/256 = ¼ mõõtevahemikust. Summaarne pinge
UDAC, mis moodustub D/A-muunduri väljundis on ½ + ¼ = ¾ mõõtevahemikust
ehk 0,75Uref. Et see pinge osutub sisendpingest suuremaks, siis bitt 6 tagastatakse
kiiresti loogilisse madalseisu (bitt 6 =“0“) ja muundamise tsükli teise
sammu lõpuks väljastatav pinge UDAC langeb tagasi tasemele 0,5Uref.
Järgmise võrdlustsükli jaoks formeerib loogikaplokk registri väljundis kahendkoodi
101000002 , millele vastava UDAC pinge võrdlusel sisendpingega selgub jällegi, et Us

.DOC Laadi alla originaalfail 30 lk · .doc · 46 allalaadimist

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #1

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #2

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #3

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #4

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #5

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #6

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #7

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #8

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #9

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #10

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #11

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #12

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #13

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #14

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #15

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #16

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #17

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #18

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #19

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #20

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #21

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #22

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #23

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #24

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #25

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #26

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #27

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #28

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #29

Kordamisküsimused õppeaines-Mõõtmised ja andmetöötlus #30

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 30 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2018-06-06 Kuupäev, millal dokument üles laeti

46 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

lehtr Õppematerjali autor

Sarnased õppematerjalid

doc

Soojustehnika eksamiküsimuste vastused

Eksamiküsimuse õppeaines ,,Soojustehnilised mõõtmised", õ-a 2006/2007 Mõõtmiste üldküsimused 1. Mõõtmise mõiste. Mõõtmise meetodid. Mõõtevahendid. Mõõteriist. Mõõteandurid ja mõõturid. Mõõteriistade klassifikatsioon. Mõõtmine on füüsikalise suuruse kvantitatiivne võrdlemine mõõteseadme poolt reprodutseeritava mõõtühikuga. Mõõtmine võib olla otsene või kaudne. Otsesel mõõtmisel määratakse mõõdetava suuruse arvväärtus just selle füüsikalise suuruse mõõtmiseks valmistatud mõõtevahendi abil, kaudsel arvutatakse otsitav suurus mõõdetud otseste suuruste järgi. Mõõtevahend, mis näitab mõõdetava suuruse väärtust, on mõõteriist. Mõõteriist võib olla otselugemmõõteriist, mille lugemisseadis esitab mõõtetulemuse mõõdetava suuruse ühikutes, või võrdlusmõõteriist, mis hangib mõõtetulemuse mõõdetava suuruse mõõtudega võrdlemise teel (nt lauakaal vihtid

Soojustehnika

doc

Eksamiküsimused õppeaines „Soojustehnilised mõõtmised“,

Eksamiküsimuse õppeaines ,,Soojustehnilised mõõtmised", Mõõtmiste üldküsimused 1. Mõõtmise mõiste. Mõõtmise meetodid. Mõõtevahendid. Mõõteriist. Mõõteandurid ja mõõturid. Mõõteriistade klassifikatsioon. Mõõtmine on füüsikalise suuruse kvantitatiivne võrdlemine mõõteseadme poolt reprodutseeritava mõõtühikuga. Mõõtmine võib olla otsene või kaudne. Otsesel mõõtmisel määratakse mõõdetava suuruse arvväärtus just selle füüsikalise suuruse mõõtmiseks valmistatud mõõtevahendi abil, kaudsel arvutatakse otsitav suurus mõõdetud otseste suuruste järgi. Mõõtevahend, mis näitab mõõdetava suuruse väärtust, on mõõteriist. Mõõteriist võib olla otselugemmõõteriist, mille lugemisseadis esitab mõõtetulemuse mõõdetava suuruse ühikutes, või võrdlusmõõteriist, mis hangib mõõtetulemuse mõõdetava suuruse mõõtudega võrdlemise teel (nt lauakaal vihtide komplektiga). Mõ?

Soojustehniliste mõõtmised

240

pdf

Elektriajamite elektroonsed susteemid

3 ELEKTRIAJAMITE ELEKTROONSED SÜSTEEMID 4 Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene Toimetanud Evi-Õie Pless Kaane kujundanud Ann Gornischeff Käesoleva raamatu koostamist ja kirjastamist on toetanud SA Innove Tallinna Tehnikaülikool Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Ehitajate tee 5, Tallinn 19086 Telefon 620 3700 Faks 620 3701 http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/ Autoriõigus: Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, 2008 ISBN ............................ Kirjastaja: TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut 3 Sisukord Tähised............................................................................................................................5 Sümbolid .....................

Elektrivarustus

docx

Analoog- ja digitaalmõõteriistad

Analoog- ja digitaalmõõteriistad Elektrimõõteriistadega mõõdetakse • elektrilisi suurusi (pinge, vool, sagedus, võimsus, takistus jm) , • mitteelektrilisi suurusi (temperatuur, rõhk, kiirus, nihe jm). Mõõdetavate elektriliste suuruste arv on küllaltki suur. Lisaks puhtelektrilistele tavasuurustele on vaja mõõta tihti ka muid suurusi, mis iseloomustavad mitmesuguste protsesside, materjalide ja seadmete elektrilisi ning vajadusel ka magnetilisi suurusi. Otsemõõtmisega on mõõdetav vaid väga vähene arv elektrilisi suurusi (pinge, vool). Takistuse mõõtmine aga toimub juba ahelat läbiva voolu kaudu. Mitteelektriliste suuruste mõõtmistel kasutatakse anduri ja muunduri(te) abil saadud mõõdetava suurusega üheselt seotud elektrilist signaali, mis suunatakse elektrilise mõõteriista sisendisse. Suure grupi moodustavad elektromehaanilised mõõteriistad, milles seadme liikuva osa asend sõltub mõõdetava suuruse väärtusest ning mille

Elektrimõõtmised

doc

Elektroonika Alused

[vaata | 1. Füüsikaliste suuruste mõisted, definitsioonid ja ühikud muuda] Voolu töö ja võimsus. Joule-Lenzi seadus. Potentsiaal ja pinge. Elektriväli, suund ja tugevus. Voolu tugevus ja tihedus. Takistus, selle sõltuvus juhi mõõtmetest. Eritakistus. Laeng ja mahtuvus. Induktiivsus. Vooliuallika elektromotoorjõud, lühisvool ja sisetakistus. Voolu töö ja võimsus. Voolu töö on võrdeline voolutugevusega I, pingega U juhi otstel ja ajaga t. [ J ] Võimsus on ajaühikus tehtud töö. [ W ] A p= t Joule-Lenzi seadus. Joule-Lenzi seadus : elektrivoolu toimel juhis eralduv soojushulk Q on võrdeline voolutugevuse I ruuduga, juhi takistusega R ja voolu kestusega t ning kus voolu töö on võrdelin

Elektroonika alused

282

pdf

Mikroprotsessortehnika

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL ELEKTRIAJAMITE JA JÕUELEKTROONIKA INSTITUUT ROBOTITEHNIKA ÕPPETOOL MIKROPROTSESSORTEHNIKA TÕNU LEHTLA LEMBIT KULMAR Tallinn 1995 2 T Lehtla, L Kulmar. Mikroprotsessortehnika TTÜ Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut. Tallinn, 1995. 141 lk Toimetanud Juhan Nurme Kujundanud Ann Gornischeff Autorid tänavad TTÜ arvutitehnika instituudi lektorit Toomas Konti ja sama instituudi dotsenti Vladimir Viiest raamatu käsikirjas tehtud paranduste ja täienduste eest.  T Lehtla, L Kulmar, 1995  TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, 1995 Kopli 82, 10412 Tallinn Tel 620 3704, 620 3700. Faks 620 3701 ISBN 9985-69-006-0 TTÜ trükikoda. Koskla 2/9, Tallinn EE0109 Tel 552 106 3 Sisukord Saateks

Tehnikalugu

pdf

Lihtajamid

4. AJAMITE JÕUAHELATE LÜLITUSED Kuidas ühendatakse elektrimootori mähised toiteallikaga? Lülitid, releed ja kontaktorid, programmeeritavad kontrollerid Kuidas toimub mootorite kiiruse reguleerimine? Impulss- või takistusreguleerimine? Pooljuhtmuundurite skeemid 4.1. Mootorite lihtsad käivitus- ja kaitseahelad Asünkroonmootori otselülitus toitevõrku. Suurt osa asünkroonmootoritest lülitatakse otse toitevõrku. Lülitusseadmeks võivad olla kas koormus või kaitselülitid. Sagedaste lülituste korral on lülitusseadmeks tavaliselt surunupplülititega juhitav kontaktor. Sõltuvalt vajadusest võib mootor pöörelda kas ühes suunas, või tuleb selle pöörlemissuunda muuta. Ühesuunalise pöörlemisega mootori otselülitus toitevõrku on näidatud joonisel 4.1. Mootori ja juhtnuppude toiteahelad pingestatakse lülitiga Q, milleks tavaliselt on kaitselüliti. Mootori käivitamine toimub vajutamisega surunupplülitile SK, mis sulgeb kontaktori lülitusmagneti mähise K voolua

Automaatika

pdf

Andurid

3.ANDURID JA NENDE MÕÕTEPRINTSIIBID. 3.1.Andurite definitsioon ja liigitus. Anduritele esitatavad nõuded, ideaalkarakteristikud. Andur on automaatsüsteemi osa, mis muundab kontrollitava suuruse mõõtmiseks, edastamiseks, säilitamiseks, registreerimiseks, võimendamiseks või juhitavasse seadmesse suunamiseks sobivasse vormi (optiliseks, mehaaniliseks või elektriliseks signaaliks). Andur koosneb tavaliselt tajurist (esmamuundurist) ja ühest või mitmest vahemuundurist. Mõnel juhul moodustab anduri ainult tajur (nt. termopaar, takistustermomeetri andur). Joonisel 0.2.1 on toodud tüüpilise anduri plokkskeem. Andurid liigitatakse füüsikalise tööpõhimõtte järgi: 1. elektrisuuruste muutusel põhinevad andurid : induktiivandurid, mahtuvusandurid, takistusandurid; 2. optilised, kasutavad elektrimagnetilisi protsesse lainepikkustel üle 10¹² Hz.; 3. mehaanilised, kasutavad tahkete kehade liikumist; 4. hüdraulilised, kasutavad vedelike mehaanilisi omadusi; 5. pneum

Automatiseerimistehnika

Rohkem sarnaseid