Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



остается в состоянии I и в преобразовании участвуют ЦАП и yCj, пропускание выходных сигналов при этом обеспечивается схемой Ml. Сравнение напряжений с Uy осуществляется последовательно, начиная со старшего разряда, для которого Мй = 2 В, и продолжается до восьмого (младшего) разряда. Включение разрядов осуществляется последовательностью импульсов с частотой 5 МГц, формируемой ГТИ. Работа ГТИ прекращается после того, как в регистре Рг, 1 дойдет до последнего разряда. Последовательное включение «к,-и формирование выходного кода осуществляются по сигналам ГТИ регистрами Рг,, Pzj и триггерами Тг, - Tzg. Выходной код определяется состоянием цепочки триггеров Тг,-Тг.

Генератор тактовых импульсов имеет в своем составе устройство (на рис. 2.38 не показано), формирующее две последовательности импульсов, одна из которых строби-рует сигналы на входах сравнивающих устройств, а другая управляет работой регистров сдвига Рг,, Pzj. Первая последовательность импульсов задержана относительно тактовых импульсов ГТИ на время включения одного разряда ЦАП и срабатывания УС, а вторая - на время переключения разрядных триггеров Tzi-TZg.

У кодово-импульсных ЦВ погрешность составляет 0,05 - 0,001% и может быть получено высокое быстродействие. Основными составляющими погрешности кодово-импульсного метода являются погрешность ЦАП, погрешность от наличия порога чувствительности сравнивающих устройств, погрешность дискретности, определяемая числом разрядов кода.

В начальный период развития ЦВ кодо-во-импульсный метод широко применялся при их конструировании (Щ1514, Щ1412, Щ1312). Для подавления помех нормального вида кодово-импульсные ЦВ снабжаются фильтрами с подавлением 40 - 60 дБ, что резко снижает быстродействие (время одного измерения увеличивается на 2-5 с). В настоящее время кодово-импульсные вольтметры используются редко из-за распространения интегрирующих ЦВ. Кодово-им-пульсный метод используется в настоящее время только при реализации быстродействующих ЦВ (до 5000 преобраз./с).

При реализации АЦП кодово-им-пульсный метод используется широко.

Комбинированные методы преобразовании за счет введения аппаратурной избыточности позволяют повысить точность, разрешающую способность и быстродействие ЦВ.

Обычно это достигается охватом прямой ветви ЦВ дополнительной цепью обратной связи на основе ЦАП. В прямой ветви комбинированные ЦВ имеют, как правило, интегрирующие АЦП невысокого класса точности, обеспечивающие высокое подавление помех. Из комбинированных методов, используемых при конструировании ЦВ, наибольшее применение нашли интегропотен-циометрический и метод расширенной динамической шкалы. Интегропотенциометриче-ский метод основан на сочетании частотно-импульсного и кодово-импульсного методов, а метод расширенной динамической шкалы - время-импульсного и кодово-импульсного методов.

Интегропотенциометрический метод реализован в ЦВ Щ1611, Щ1612, НР3460А и др. Структурная схема ЦВ интегропотен-циометрического типа с преобразованием напряжения в частоту в прямой ветви и ЦАП напряжения в цепи обратной связи приведена на рис. 2.39. Основными узлами ЦВ являются преобразователь напряжения в частоту и ЦАП, определяющий его точность. Цифро-аналоговый преобразователь выполняется на основе резистивных или индуктивных делителей напряжения, а также делителей на основе ШИМ. В качестве источника опорного напряжения в ЦАП используются нормальные элементы или прецизионные стабилитроны.

Измеряемое напряжение Uy через входной делитель подается на входной усилитель с переменным коэффициентом усиления. С выхода усилителя напряжение подается на вход преобразователя напряжение-частота (невысокой точности), частота выходных импульсов которого пропорциональна подаваемому на его вход напряжению. Работа ЦВ осуществляется в два такта. Алгоритм работы прибора обеспечивает устройство управления. В течение первого такта на вход преобразователя напряжение - частота подается напряжение Uy. Схемы И у. Иг и ИЛИ открыты, и импульсы с преобразователя напряжение-частота подаются на старшие декады счетчика. В течение первого такта входное напряжение определяется неточно (с погрешностью преобразования напряжения в частоту 0,1-0,3%). Выходное напряжение ЦАП в течение интервала времени, пока идет заполнение старших разрядов, равно нулю. В конце первого такта число импульсов, записанное в старших декадах счатчика, передается в ЦАП, где преобразуется с высокой точностью (0,005 - 0,0001%) в аналоговый сигнал. Напряжение, снимаемое с ЦАП, подается на вход вольтметра с полярностью.



О-г.

Входной делитель

Входной усилитель

,j Преобразователь

""! напряжение-частота (и-»- f)

"ЦАП

Счетчик

-----1

Старшие декадь!

Младшие декады

счетчика

счетчика

Дешифратор

Цифровой индикатор


Рис. 2.39. Структурная схема ЦВ интегропотенциометрического типа

обратной полярности напряжения и- К началу второго такта измерения разность напряжений и ицАп подается на входной усилитель, а затем на преобразователь напряжение-частота. Теперь преобразователь напряжение-частота выполняет задачу устройства сравнения, измеряющего разностное напряжение путем преобразования его в последовательность импульсов, частота которых пропорциональна разностному напряжению. Импульсы с преобразователя напряжения в частоту в течение второго такта подаются на младшие разряды счетчика. В конце второго такта числовой эквивалент измеряемого напряжения будет зафиксирован положением всех разрядов счетчика.

Рассмотрим на примере работу прибора при «х = 11,0010 В, числе старших декад счетчика, равном четырем, младших - двум и погрешности преобразования напряжения в частоту 0,3%. Напряжение, измеренное в результате первого такта, равно 10,971 В (погрешность 0,3%). Результирующее число импульсов в старших декадах счетчика 1097 ± 1. Напряжение на выходе ЦАП "ЦАП = 10,96 В. Разностное напряжение и - - "ЦАП = 0,0410 В. Число импульсов в двух младших декадах счетчика, фиксируемое во втором такте, 409 ± 1 (погрешность 0,3 %). Общее число импульсов, зафиксированное счетчиком, равно 11009±1, и напряжение, индицируемое цифровым индикатором после второго такта, - 11,0009 В ± 1 зн. Достоинство такой схемы - высокая точность при использовании преобразователя напряжения в частоту малой точности. Погрешность схемы определяется точностью и стабильностью опорного напряжения ЦАП.

Метод расширенной динамической шкалы реализован в ЦВ TR-6567 фирмы Та-keda Ricken.

Особенности методов построения ЦВ обобщены в табл. 2.8, где также приведен уровень характеристик ЦВ, достигнутый при реализации этих методов в настоящее время.

В ЦВ и АЦП функцию аналого-цифрового преобразования все чаще выполняют микропроцессоры (МП). Это позволяет в ряде случаев существенно сократить объем устройства управления и совместить процесс преобразования с процессом предварительной обработки информации. При применении микропроцессорных средств вычислительной техники (МСВТ) упрощается и видоизменяется процесс разработки АЦП, который в значительной степени сводится к программированию. При таком построении АЦП в программное устройство микропроцессорной системы необходимо записать специальную подпрограмму, реализующую требуемый алгоритм аналого-цифрового преобразования и выполнить ее с помощью МП.

На рис. 2.40,(3 приведена функциональная схема АЦП кодово-импульсного типа с напряжением компенсации, изменяющимся по двоичному коду, у которого программное управление осуществляется МП МС6800 через периферийный интерфейсный адаптер. Алгоритм аналого-цифрового преобразования рис. 240,6 начинается сборкой периферийного интерфейсного адаптера. Эта операция нужна для того, чтобы определить, какие регистры и какие разряды регистров периферийного интерфейсного адаптера соответствуют шинам ЦАП и других узлов. После



Таблица 2.8. Особенности методов построения ЦВ и достигнутый уровень их характеристик

Метод измерения

Особенности метода

Достигнутый уровень характеристик ЦВ

Кодово-им-пульсный

Измерение мгновенного значения, относительная сложность схемы и высокая стоимость, высокая точность (определяется параметрами источника опорного напряжения и резистивного делителя или делителем на ШИМ), высокая чувствительность, низкая помехоустойчивость, принципиально высокое быстродействие

Погрешность 0,01 - 0,001 %, чувствительность 10 мкВ, быстродействие 0,2 - 500 мс, подавление помех нормального вида без фильтра О

С про-

вре-

мен-

точ-

пре-

тер-

обра-

зова-

нием

пря-

Время-импульсный

Измерение мгновенного значения, простота схемы и низкая стоимость, невысокая точность (определяется параметрами генератора линейно изменяющегося напряжения и сравнивающего устройства), низкая помехоустойчивость, низкое быстродействие

Погрешность 0,1 - 0,5%, чувствительность 1 - 10 мВ, быстродействие 10 мс - 5 с, подавление помех нормального вида без фильтра О

Время-импульсный с усреднением результатов в цифровой форме

Измерение среднего значения, простота схемы и низкая стоимость, средняя точность (выше точности время-импульсного метода за счет усреднения 10, 100, 1000 измере НИИ), средняя помехоустойчи вость, низкое быстродействие

Погрешность 0,1 %, чувствительность 100 мкВ, быстродействие 20 мс, подавление помех нормального вида без фильтра 20 дБ

Двойного интегрирова-

Измерение среднего значения, простота схемы и низкая стоимость, независимость погрешности от параметров элементов и интегратора, высокая помехоустойчивость, низкое быстродействие

Погрешность 0,01-0,5%, чувствительность 1 мкВ, быстродействие 10 - 400 мс, подавление помех нормального вида без фильтра - 80 дБ

в частоту

Частотный

Измерение среднего значения, средняя точность (определяется стабильностью параметров интегратора, сравнивающего устройства, формирователя вольт-секундной площади), средняя сложность схемы и стоимость, высокая помехоустойчивость, зависимость параметров от температуры

Погрешность 0,05 - 0,1%, чув-ствительноость 1 мкВ, быстродействие 0,1 - 1 с, подавление помех нормального вида без фильтра 40 дБ

Комбинированный

Интегропотенциометрический (прямое преобразование - частотный метод, обратное - с по-

Измерение среднего значения, сложность схемы и высокая стоимость, высокая точность, высокая чувствительность, достаточно высокая помехоустойчивость, малое быстродействие

Погрешность 0,002-0,005%, чувствительность 0,1 - 1 мкВ, быстродействие 3 - 10 с, подавление помех нормального вида без фильтра 70 дБ



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


0.0115