Пример расчета погрешностей измерительного УПТ

Рассмотрим пример расчета масштабирующего инвертирующего УПТ, предназначенного для усиления сигнала датчика тока (шунт со шкалой выходного напряжения 75 мВ) до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя со шкалой входного аналогового сигнала 10 В (рис. 12.21).

 

Таким образом, коэффициент усиления УПТ должен быть равен

.

Выбраны особостабильные резисторы ОС С2-29В(А) класса точности 0, 1% номиналом R 1=750 Ом, R 2=100 кОм.

При этом мощность, выделяющаяся на резисторе R 2 при В, незначительна и составляет

мВт.

Казалось бы, для уменьшения температурной погрешности от входного тока ОУ желательно работать с меньшими значениями сопротивлений (например, R 1=75 Ом, R 2=10 кОм). Однако тогда на резисторе R 2 рассеивалась бы мощность 10 мВт, вызывая его некоторый разогрев относительно R 1 и снижение температурной нестабильности К _ОС.

Относительная погрешность К _ОС за счет возможного отклонения от выбранной величины сопротивлений R 1и R 2

Так как технологический разброс резисторов от номинальных значений может быть разным по знаку, в расчете на худший случай погрешности и должны по модулю суммироваться. Однако совпадение предельных значений погрешностей маловероятно (погрешности являются некоррелированными случайными величинами), и обычно результирующую погрешность определяют как

Дополнительную погрешность резисторов за счет изменения температуры окружающей среды оценим из условий (здесь ТКС – температурный коэффициент сопротивления):

при Т< 20^оС;

при Т > 20^оС.

Для диапазона рабочих температур от 0 до 40^оС (20^оС ± Δ Т) дополнительная погрешность резисторов составит или 0, 15%. Изменение К _ОС за счет температурной погрешности резисторов будет примерно на порядок меньше ( и в данном случае вычитаются) и составит

Результирующую порешность К _ОС за счет резисторов оцениваем примерно в

В схеме используется прецизионный ОУ типа К140УД17А с параметрами:

Частотная коррекция ОУ не требуется.

Если балансировку нуля не производить (не ставить в схему резистор R 3), сдвиг выходного напряжения при закороченном входе может достигать значения

мВ.

Если эту погрешность устранить балансировкой нуля при комнатной температуре, то смещение нуля будет определяться только дрейфом выходного напряжения

Относительная погрешность усилителя за счет дрейфа нулевого уровня составит

, или .

Относительная нестабильность коэффициента усиления ОУ по напряжению может составить ориентировочно

,

где Т _ср – средняя рабочая температура в градусах Кельвина.

Относительная нестабильность К _ОСза счет нестабильности коэффициента усиления ОУ определится выражением

.

Результирующую погрешность К _ОС за счет неидеальности ОУ оценим как

.

Суммарная погрешность К _ОС измерительного усилителя не превысит значения

.