Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы, страница 2

ЦСИ уравновешивающего типа.

ЦСИ уравновешивающего типа имеют общую отрицательную обратную связь (с выхода на вход), с помощью которой входная величина Х уравновешивается выходной величиной У. В ЦСИ уравновешивающего типа любые преобразователи также могут иметь локальные обратные связи. Особенности данного типа ЦСИ – относительно низкое быстродействие, более высокая точность измерения, чем в ЦСИ прямого преобразования за счет использования опорных мер для сравнения.

ЦСИ прямого преобразования.

Классификацию ЦСИ прямого преобразования удобно выполнить по виду величины, подвергаемой аналого-цифровому преобразованию.

1)  ЦСИ пространственного преобразования – измеряемая электрическая величина предварительно преобразовывается в перемещение, угол поворота и т. п. некоего указателя, по которому с помощью кодовой маски (кодовые линейки, кодовые диски) производится отсчет.

2)  ЦСИ числоимпульсного преобразования – измеряемая электрическая величина преобразуется в количество импульсов, которые отсчитываются цифровым счетчиком.

3)  ЦСИ частотного преобразования – измеряемая электрическая величина преобразовывается в последовательность импульсов, частота которых за определенный интервал времени несет информацию.

4)  ЦСИ временного преобразования – измеряемая электрическая величина преобразовывается во временной интервал, который заполняется импульсами тактового генератора и число импульсов подсчитывается счетчиком импульсов.

5)  ЦСИ амплитудного преобразования – измеряемая электрическая величина преобразовывается в электрический, амплитуду которого измеряем с помощью АЦП без общей обратной связи путём сравнения с набором эталонов.

ЦСИ амплитудного преобразования в основном используют для измерения величины электрического напряжения, причем возможны два варианта измерения: последовательные  во времени (с одним или несколькими источниками опорного напряжения) и параллельные во времени.

                                                                  Распределитель импульсов      

РИ разрешает работу каждого из каскадов последовательного времени, система счисления двоичная, причем количество двоичного разряда результата измерения  равно числу каскадов ЦСИ амплитудного преобразователя P1, P2, …Pm.   В первом каскаде последовательного типа, где измеряемое напряжение сравнивается с опорным напряжением U01. Если измеряемое напряжение меньше опорного напряжения (Ux<U01), то срабатывает реле  и с помощью контактов  отключает U01 и заносит логический ноль в цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). На следующий каскад в таком случае подаётся все входное напряжение Ux. Если же входное U>U01, то реле  не срабатывает, в ЦОУ заносится логическая единица, а на вход следующего каскада подаётся разность напряжений (Uвх-U01), а опорные напряжения Ui0 убывают по двоичному закону, то есть в ЦОУ в конце измерения будет записан двоичный код, соответствующий напряжению Ux.

 В ЦСИ амплитудного преобразования параллельного типа измеряемая величина Ux подаётся одновременно на ряд пороговых элементов ПЭ, каждый из которых настроен на разное напряжение , срабатывается источником опорного напряжения U0i.  Источники опорного напряжения U0i отличаются друг от друга  на единицу младшего разряда ЦОУ. При этом должен сработать только тот, пороговый элемент напряжения срабатывания которого намного меньше измеряемого    напряжения (UxUoi). И включается через регистр PГ  соответствующее число в ЦОУ. Наиболее удобна в данном случае десятичная система счисления, хотя достигаемая точность пропорциональна сложности системы, например в пределах измерения  (0 – 100)±1%     необходимо 100 пороговых элементов.

Лекция 4

ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа.

Вообще ЦСИ уравновешивающего типа удобно классифицировать по методу уравновешивания, однако сначала разделим этот класс ЦСИ на:

– ЦСИ последовательного во времени преобразования;

– ЦСИ параллельного во времени преобразования;

Как известно, существуют два классических метода измерения:

– нулевой;

– метод совпадений;

Нулевой метод заключается в многократном прикладывании одной меры (сколько её единиц в измеряемой величине).

В методе совпадения имеется большая мера, перекрывающая весь диапазон измерения.

На рисунке (1) – (4) обозначено М – число мер, H – число операций совпадений.

Число изменений может быть рассчитано из числа мер по следующим закономерностям.

      (1)

Для N=256 при М=1 число сравнений H=255; М=4; Н=34.

Рисунок (3) показывает последовательный во времени метод уравновешивания.

Рисунок (4) показывает последовательно-паралельный во времени уравновешивания.

Однако главный их признак отличия – наличие паралельных во времени операций сравнения как минимум 2.

Иногда метод последовательно-паралельного во времени уравновешивания называется прямым уравновешиванием.

ЦСИ уравновешивающего преобразования также можно подразделить на классы развертывающего и следящего уравновешивания.

Основной особеностью способа развертывающего уравновешивания является произведение необходимых операций сравнений по жестко заданной программе в процессе которой компенсирующая величина y изменяется в пределах 0 £ y £ ymax а ymax = xmax

Ymax – максимально допустимые границы диапазона измеряемой величины x. Отсчет происходит в момент равенства входной величины x и компенсирующей y.

На рисунке (5) показана укрупненная структурная схема измерительного преобразователя развертывающего типа. Программирующее устройство (ПУ) изменяет компенсирующую  величину У через преобразователь промежуточный (П) по определённой программе, например равномерными ступенями, как показано на рис. (6). Одновременно изменяется состояние ЦОУ. Величины Х и У сравниваются сравнивающим устройством сравнения СУ И в момент их равенства устройство управления УУ посылает сигнал в ЦОУ, фиксирующее её состояние. Момент отсчета может быть в начале или в конце цикла, изменяя У.