Принцип действия преобразователя

Рассматриваемый преобразователь постоянного напряжения в код называют преобразователем с промежуточным преобразованием напряжения в интервал времени. Часто пользуются терминами «вольтметр с время-импульсным преобразованием» или «вольтметр с временным преобразованием».

Структурная схема время-импульсного преобразователя напряжения в код представлена на рис. 3.1.

Напряжение постоянного тока подается через входное устройство , в общем случае представляющее собой масштабный преобразователь с коэффициентом преобразования , на сравнивающее устройство . После запуска прибора на поступает напряжение от генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Одновременно сигналом запуска устанавливается в единичное состояние управляющий триггер , тем самым открывается вентиль для прохождения импульсов стабильной частоты от генератора к счетчику . Схема «И» останется открытой до тех пор, пока не наступит равенство постоянного (или медленно изменяющегося) напряжения и линейно изменяющегося напряжения на выходе ГЛИН (рис. 3.2).

В момент наступления равенства сигналом от триггер возвращается в исходное состояние, в результате чего вентиль запирается. Таким образом, на счетчик поступает число импульсов

где — время открытого состояния вентиля;

— частота генератора импульсов G.

Как видно из рис. 3.2, время открытого состояния вентиля прямо пропорционально :

где — крутизна линейно изменяющегося напряжения;

— амплитудное значение этого напряжения;

— длительность прямого хода.

Следовательно, на счетчик поступит число импульсов

(3.1)

При постоянстве значений , , и число импульсов прямо пропорционально зависит от преобразуемого (измеряемого) напряжения :

из уравнения (3.1) можно получить

(3.2)

На основании (3.2) получаем выражение для предельного (максимального) значения относительной погрешности преобразования

(3.3)

где — относительная погрешность, обусловленная, во-первых, отклонением напряжения от линейного закона и, во-вторых, нестабильностью крутизны во времени и в зависимости от температуры;

— относительная погрешность за счет нестабильности ;

— относительная погрешность, обусловленная входным устройством;

— относительная погрешность дискретности (счета импульсов).

Кроме рассмотренных выше погрешностей, существует погрешность, обусловленная порогом чувствительности СУ (РИС.3.3).

Порог чувствительности СУ определяется действием следующих факторов:

1) тепловые флюктуации в резисторах и конденсаторах, в полупроводниковых, вакуумных элементах и т.д.;

2) помехи в виде электромагнитных волн различной интенсивности и частоты.

Тепловые флюктуации в элементах СУ определяют тот теоретический порог, который может быть достигнут при исключении всех остальных факторов. Обычно влияние тепловых шумов на один или несколько порядков меньше, чем влияние электромагнитных помех.

При постоянном значении измеряемой величины (рис. 3.3) и наличии некоторого порога чувствительности у сравнивающего устройства срабатывание последнего и образование управляющего импульса (на закрытие вентиля) произойдет не в момент , когда наступит равенство и , а в момент . Возникает погрешность измерения, соответствующая задержке . Отсчетное устройство покажет результат, превышающий действительное значение на величину . Однако, учитывая характер время-импульсного преобразования (подход к состоянию равновесия происходит всегда с одной стороны), эту погрешность можно устранить с помощью калибровки.

По порог чувствительности СУ не стабилен, он имеет дрейф, вызываемый теми же причинами, что и дрейф, например, усилителей постоянного тока (временная и температурная нестабильность элементов и источников питания). Так как дрейф порога имеет разные знаки и величину, учесть или скомпенсировать его невозможно. Он и обусловливает погрешность сравнивающего, устройства .

Таким образом, качество СУ в данном преобразователе определяется не столько величиной порога чувствительности, сколько его стабильностью.

Поиск по сайту: