|
|||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Измерительные преобразователи отношения частот в цифровой код. Устройство и принцип действия, временные диаграмм. Основные метрологич. Хар-ки и оценка погрешностиРежим определения отношения частот двух сигналов является производным режимов измерения fХ и TХ. Сигнал большей частоты f1 подается на U1, а сигнал меньшей частоты f2 - на вход U2 и далее U3. Таким образом, интервал TИ формируется из сигнала частоты f2, а счету подвергаются импульсы, сформированные из сигнала частоты f1. , Таким образом, счетчик фиксирует число импульсов N (диаграмма U4), связанное с TХ и TИ очевидным соотношением ТИ = N TХ, Откуда fХ = , Относительная погрешность преобразования Fx:
30. Измерительные преобразователи временных интервалов в цифровой код. Устройство и принцип действия, временные диаграммы работы преобразователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.
При преобразовании ΔtХ необходимо сформировать опорный (старт) и интервальный (стоп) импульсы, которые фиксируют интервал времени измерения. Эти импульсы формируются с помощью ФУ3 и ФУ4, включенных на входах 3 и 4 цифрового преобразователя. Счету подвергаются импульсы, сформированные по аналогии с режимом измерения TХ. Преобразование периода исследуемых сигналов При измерении TХ сигнал подается на вход Ux. В этом случае интервал времени измерения определяется величиной TХ, а счетными являются импульсы, сформированные из напряжения U2. Для уменьшения шага квантования частота f0 может быть умножена в требуемое число раз. Таким образом, для этого режима работы , где 10n (n = 0, 1, 2,...) определяется коэффициентом умножения f0.
При достаточно больших значениях TХ (в диапазоне низких и инфранизких частот) и n требуемый интервал времени измерения может быть равен TХ. Отсюда видна возможность измерения fХ за один период сигнала - неинтегрирующий преобразователь. В практических схемах преобразователей предусматривается возможность преобразования не только одного, но и нескольких периодов TХ с последующим усреднением результатов преобразования. Относительная погрешность измерения Тх:
Где – относительная погрешность кварцевого генератора; N и m – степень, которая определяется делителем частоты и УУ.
31 Измерительные преобразователи фазового сдвига в цифровой код на основе метода преобразования фазового сдвига во временной интервал. Устройство и принцип действия, временные диаграммы работы преобразователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования. Преобразование измеряемой величины в интервал времени DtХ очень эффективно при построении средств измерений, предназначенных для измерения фазовых сдвигов.
а - входные сигналы U1 и U2; б - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U1 через нуль в положительном направлении; в - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U2 через нуль в положительном направлении; г - импульсы на выходе триггера однополупериодного фазометра; д - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U1 через нуль в отрицательном направлении; е - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U2 через нуль в отрицательном направлении; ж - импульсы на выходе второго триггера двухполупериодного преобразователя Рисунок 4.3 - Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования jХ ® DtХ Если с помощьюформирующих устройств ( ФУ) преобразовать гармонические сигналы Um1 и Um2 в короткие импульсы напряжения U1 и U2, соответствующие моментам перехода U1 и U2 через нуль в положительном направлении, то интервал времени DtХ между ближайшими импульсами будет пропорционален преобразуемому фазовому сдвигу jХ. При измерении рассматриваемым методом необходимо определять отношение . Наиболее просто это можно осуществить, если значение DtХ (называемое еще фазовым интервалом) будет задано не опорным и интервальным импульсами U1 и U2 (как в измерителях DtХ), а с помощью прямоугольного импульса длительностью DtХ. В этом случае значение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерено аналоговым или цифровым вольтметром. Если же DtХ нужно преобразовать в цифровой код, то это также легко может быть сделано с помощью селектора, управляемого импульсами DtХ как стробирующими (по аналогии с цифровыми преобразователями частоты). В связи с этим во всех фазометрах, реализующих метод преобразования jХ ® DtХ, предусматривается образование из U1 и U2 периодической последовательности прямоугольных импульсов. Наиболее часто это осуществляется с помощью триггеров, и поэтому такие преобразователи называют триггерными. Таким образом, напряжение UT - это выходное напряжение преобразователя
Аналого-цифровые преобразователи, реализующие параллельный способ преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики преобразователей и оценки погрешности преобразования. Самый быстрый метод преобразования аналогового сигнала (метод непосредственного считывания – способ параллельного преобразования) в цифровой состоит в подаче аналогового напряжения постоянного тока UВХ на набор параллельных компараторов напряжения с различными порогами срабатывания (рисунок 4.10). Пороги срабатывания формируются путем деления опорного напряжения постоянного тока Uоп с помощью делителя напряжения, образованного набором последовательно соединенных резисторов R. Затем сигнал с выходов компараторов К поступает в логическую схему (шифратор) и превращается в цифровой код, несущий информацию о значении преобразованного аналогового напряжения. Этот процесс называется импульсным преобразованием и является очень быстродействующим, но также и дорогим, поскольку требует для своей реализации значительного количества электронных схем. В основе метода лежит принцип шкалы, аналогичный тому, который используется при считывании измерительной информации со стрелочного прибора. Роль шкалы в АЦП выполняет набор компараторов (К), каждый из которых сравнивает входной сигнал со своим уровнем квантования. Состояния компараторов преобразуются шифратором в выходной код. Быстродействие АЦП непосредственного считывания достигает 210-8 с при 64 уровнях квантования и 10-7 с при 256 уровнях. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие время-импульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования. В АЦП, реализующих времяимпульсный метод преобразования, измеряемая величина (в данном случае UХ=) предварительно преобразуется в пропорциональный ей интервал времени путем сравнения со значением известной величины, изменяющейся по определенному закону. Затем полученный интервал времени (также аналоговая величина) непосредственно преобразуется в цифровой код. Преобразователи с аналоговым интегрированием позволяют определить среднее значение измеряемого напряжения за определенный фиксированный интервал времени (интервал интегрирования). Распространенным способом аналогового интегрирования является двухтактное интегрирование, называемое еще двойным, двукратным, двухшаговым и поочередным. Тактовый импульс УУ сбрасывает предыдущее показание счетчика и через триггер Т1 (триггер начала и конца счета) запускает ГСчИ, а через триггер Т2 замыкает ключ Кл1 (старт-импульс). В результате преобразуемое напряжение UХ= подается на вход интегратора и начинается разряд интегрирующего конденсатора от начального (опорного) уровня U0 с постоянной времени t. Процесс продолжается до момента времени t2, соответствующего поступлению на счетчик k-го импульса ГСчИ. Этот импульс (импульс переполнения) возвращает счетчик в исходное состояние, а через триггеры Т2 и Т3 размыкает ключ Кл1 и замыкает ключ Кл2. Начиная с момента времени t2 ко входу интегратора подключается источник постоянного образцового напряжения UЭ с полярностью, обратной полярности UХ=. Начинается второй такт интегрирования, но теперь интегрируется UЭ. Этот процесс продолжается до момента времени, когда UИ = = U0 (t3), и может быть описан уравнением:
В момент времени t3 срабатывает компаратор К и образуется стоп-импульс, который через T1 останавливает ГСчИ, а через триггер Т3 размыкает ключ Кл2. Напряжение UЭ отключается от интегратора, и счетчик фиксирует количество импульсов: Тогда можно считать, что Кроме того, при (t2 - t1), равном целому числу периодов UП (помехой чаще всего является напряжение сети или его гармоники). Аналого-цифровые преобразователи, реализующие частотно-импульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования. В АЦП, реализующих частотно-импульсный метод, измеряемая величина предварительно преобразуется в пропорциональное ей значение частоты, а затем - в цифровой код. Т.к. измерение частоты fХ производится за интервал времени TИ > TХ, преобразователи с частотно-импульсным преобразованием являются интегрирующими. В частотно-импульсных преобразователях , где k — коэффициент (крутизна) преобразования. Значение fХ преобразуется в цифровой код за время TИ: . Известно большое число схем ПНЧ (преобразователь напряжение-частота). В зависимости от метода преобразования UХ= → fХ их подразделяют на две группы: с непосредственным преобразованием и с косвенным преобразованием. В ПНЧ первой группы напряжение UХ= непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты fХ, а в ПНЧ второй группы оно влияет на параметр, определяющий частоту выходного сигнала генератора самовозбуждения (гармонического или релаксационного). ПНЧ второй группы имеют невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение в частотно-импульсных преобразователях нашли ПНЧ на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром. Его структурная схема на рис. При подаче UХ= на вход интегратора начинается разряд интегрирующего конденсатора от некоторого уровня Е. Он продолжается до момента времени, пока выходное напряжение интегратора UИ не станет равно опорному напряжению U0. В этот момент времени сработает компаратор К. В результате формируется импульс, который поступает на выход преобразователя, а по цепи отрицательной обратной связи (ООС) восстанавливает на выходе интегратора UИ = Е. этот процесс описан уравнением , где TХ - время интегрирования. После этого процесс интегрирования повторяется, т.е. становится циклическим. Таким образом, на выходе ПНЧ образуется периодическая последовательность импульсов, следующих с частотой и реализуется требуемая функциональная зависимость.
Временные диаграммы работы преобразователя напряжение – частота
Аналого-цифровые преобразователи, реализующие кодоимпульсный метод преобразования (способ следящего уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования. Уравновешивание в кодоимпульсных преобразователях может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании UХ= сравнивается с компенсирующим напряжением UК, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями UХ=, а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание UХ= и UК. Принцип действия (следящее уравновешивание): тактовый импульс УУ сбрасывает на нуль показание счетчика, полученное во время предыдущего такта, и открывает селектор. Импульсы ГСчИ начинают поступать на счетчик, а также на вход генератора линейно-ступенчатого напряжения (ГЛСН), который и вырабатывает компенсирующее напряжение UК, возрастающее по линейно-ступенчатому закону. Длительность ступеньки определяется периодом следования импульсов ГСчИ T0, а высота ступеньки ΔUК определяет шаг квантования и соответственно младший разряд счета. Сравнение UХ= и UК осуществляется в компараторе К. При следящем уравновешивании система отрабатывает не UХ=, а разность ΔU = UХ= - UК, что повышает в ряде случаев точность и быстродействие преобразователей. Однако при этом появляется возможность возникновения автоколебаний в системе. Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05... 0,1) %. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие кодо-импульсный метод преобразования (способ поразрядного уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования. Уравновешивание в кодоимпульсных преобразователях может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании UХ= сравнивается с компенсирующим напряжением UК, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями UХ=, а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание UХ= и UК. В свою очередь развертывающее уравновешивание может быть реализовано в виде двух алгоритмов: равномерное ступенчатое увеличение (или уменьшение) UК до UХ= = UК и поразрядное уравновешивание UК и UХ=. Принципиальной особенностью преобразователей поразрядного уравновешивания является наличие цифроаналогового преобразователя(ЦАП). С его помощью реализуется ООС путем преобразования кода (например, 8421) в аналоговое напряжение UК, которое затем сравнивается с UХ= в компараторе. Это сравнение всегда начинается со старшего разряда (например, 8 В). Если при этом UК < UХ=, то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульсом подключает очередной разряд ЦАП UК (соответственно 4 В). Если теперь UК > UХ=, то срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое снимает в ЦАП напряжение этого разряда (разряд пропускается). Далее в очередном такте подключается напряжение следующего за пропущенным разряда (2 В) и т. д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов UК в соответствии с алгоритмом развертывающего уравновешивания. Одновременно с переключением разрядов устройство управления УУ формирует двоично-десятичный код. Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05... 0,1) %.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.009 сек.) |