Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



секундная площадь которого Ио.сСо.с = const и который возвращает интегратор в исходное состояние.

Покажем, что выходная частота преобразователя « ->/ /х = 1/(Тх + toij зависит от Ux- Для процесса заряда и разряда интегратора при fcj = 1 можно записать

Ujt = Иоп =

RiC .

где RiC и RzC - соответственно постоянная времени цепи заряда и разряда интегратора.

При «о. с = const в результате интегрирования получим

TUx/RC = Иоп = to.c«o.c/«2C - to.oUx/RiC;

"1~ О. С о. с

<о.с.

-Иу=-

откуда

f . . 1 R2C Ux Тх RiC uo.cto.

-Ux = kUx.

RlUo.cto.c

Следовательно, параметры преобразова-

теля "->/ не зависят от значений емкости С и опорного напряжения «оп и определяются отнощением сопротивлений резисторов RJRi и стабильностью вольт-секундной площади. Путем применения интегральной технологии или травления фольгированного резистивного материала получают высокую точность и стабильность отношения R2/R1. В качестве формирователя стабильной вольт-секундной площади могут использоваться, например, два триггера, нагрузкой которых являются первичные обмотки импульсных трансформаторов с сердечниками, имеющими прямоугольную петлю гистерезиса. Питание триггеров осуществляется от высокостабильного источника. Формирователь вольт-секундной площади для повышения стабильности помещают в термостат.

Метод с промежуточным преобразованием напряжения в фазу. Структурная схема одного из вариантов ЦВ на основе этого метода приведена на рис. 2.36, а. По сигналу Запуск устройство управления устанавливает счетчик в исходное (нулевое) состояние и выдает на формирователи Ф; и Ф2 сигнал, синхронизирующий их работу. Формирователи Ф; и Ф2 выдают импульсные сигналы в момент прохождения через нулевое значение поступающих на них переменных напряжений и и опорной частоты fo„ (рис. 2.36,6). Напряжение «оп подается одно-

Генератор стабильной, частоты

Счетчик

Дешифратор

Цифровой индикатор

Счетчик


ФазоВраща-

ющее устройство

I

Устройство

управления

Запуск

Рис. 2.36. Цифровой вольтметр с промежуточным преобразователем постоянного напряжения в фазу: а - структурная схема; б -временные диаграммы, поясняющие работу вольтметра



временно на формирователь 2 и через фазо-вращающее устройство, управляемое и, на Ф,. Импульсы с Ф, и Ф2 подаются на схему И, на один из входов которой подаются импульсы с частотой /о от генератора стабильной частоты. Схема И в течение времени Т, равного разности фаз между «оп и выходным напряжением фазовращателя и (Т = 2~ Ci). пропускает импульсы с частотой на счетчик. Число этих импульсов Ny = Tfo = = fe/o"x {к - коэффициент преобразования формирующего устройства).

Кодово-импульсные методы (методы поразрядного кодирования) чаше применяются при конструировании АЦП и реже ЦВ. Известно большое число этих методов. В преобразователях кодово-импульсного типа измеряемое напряжение Uy сравнивается с напряжениями компенсации щи значения которых изменяются ступенями в соответствии со значениями разрядов выбранной системы счисления. В ЦВ изменяется обычно по двоично-десятичному коду, в АЦП -по двоичному, поэтому по окончании цикла сравнения

«x = "к = ? Z

i = 0

где и - число разрядов кода; q - напряжение, соответствующее единице младшего разряда; а,- - коэффициент, равный 1 или О в зависимости от результатов фавнения в каждом такте.

Кодово-импульсные ЦВ (АЦП) напряжения (тока) по принципу построения можно разделить на две группы;

а) выполненные в виде замкнутых систем со сравнением аналоговых величин и имеющие цепь обратной связи, охватывающую весь АЦП. В цепь обратной связи включен ЦАП, преобразующий параллельный код в напряжение (ток);

б) выполненные в виде разомкнутых систем без обратной связи, охватывающей весь АЦП.

Цифровые вольтметры, как правило, строятся в виде замкнутых систем со сравнением аналоговых величин. Упрощенная структурная схема такого ЦВ приведена на рис. 2.37, а. Напряжение Uy через входное устройство (с коэффициентом преобразования к) подается на устройство сравнения, на второй вход которого с ЦАП подается компенсирующее напряжение и. По сигналам устройства управления происходит уравновешивание напряжения kuy напряжением Ui. Устройство сравнения в зависимости от знака разности «к - kUy подает соответствующий сигнал в устройство управления, которое воздействует на ЦАП таким образом, что в течение нескольких тактов происходит уравновешивание kUy напряжением % в соответствии с выбранным кодом. Устройство управления управляет ЦАП до тех пор, пока напряжение Ug не будет равно кщ. В процессе уравновешивания устройство управления

Входное устройство

Устройство " 1ения

Устройство управления

1200 1100 1000

1 г S t 5 6 7 8 9 101112 Номера тактов

Цифровой индикатор

Выходной код

Рис. 2.37. Цифровой вольтметр кодово-импульсного типа: а - упрощенная структурная схема; б - временные диаграммы процесса уравновешивания напряжения Uy напряжением компенсации U



Таблица 2.7. Компенсирующие напряжения на каждом такте уравновешивания

Номер такта /

Ик„ В (компенсирующее напряжение в 1-м такте)

-173

4Ci0

1200

1000

+ 27

запоминает результаты сравнения «и и kux в каждом такте и по окончании цикла преобразования передает их в виде кода на цифровой индикатор и для ввода, например, в ЭВМ или на регистрирующее устройство.

Для примера на рис. 2.37,6 и в табл. 2.7 показан процесс уравновещивания измеряемого Ux 973 В ЦВ, имеющим три десятичных разряда с g = 1 В (единиц младшего разряда) и компенсирующим напряжением.

Запуск о

изменяющимся по двоично-десятичному коду 8-4-2-1.

В АЦП и ЦВ в настоящее время широко применяются ИМС большой степени интеграции, а АЦП часто выполняются в виде монолитной гибридной или полупроводниковой схемы. На рис. 2.38 приведена схема кодово-импульсного 8-разрядного АЦП (девятый разряд знаковый) с ЦАП в цепи обратной связи, охватывающей весь АЦП, выполненного на ИМС серий 252, 155 и 140. Диапазон входных напряжений АЦП ± 4 В, длительность цикла преобразования 5 мкс. В аналоговую часть АЦП входят О У на ИМС 140УД1Б, устройства сравнения УС1-УС3 (БИС 252СА1) и два ЦАП (положительной и отрицательной полярности) на БИС 252ПА1 и 252ПА2. Цифровая часть АЦП [сдвигающие регистры Рг; н (на восемь разрядов каждый), триггер Тг, триггеры разрядов Тг - Тг, схемы И; н if2, генератор тактовых импульсов ГТЯ] выполнена на элементах серии 155.

Фронтом импульса запуска триггеры Тг и Тг (триггер старшего разряда) устанавливаются в состояние 1. Срез импульса запуска возбуждает ГТИ, после чего УС; определяет полярность Ux. При Их > О в преобразовании участвуют ЦАП и УС3. В этом случае сигнал с yCj устанавливает триггер Тг в О, что обеспечивает пропускание выходных сигналов УСз схемой 2- При «х<0 триггер Тг

Выходной параллельный двоичный код


Рис. 2.38. Функциональная схема АЦП кодово-импульсного типа на отечественных БИС



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0129