Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы, страница 13

Измерение напряжений любой полярности осуществляется путем смещения нулевого уровня цифрового измерительного прибора до максимального значения измеряемого сигнала, либо использованием двух сравниваемых устройств, диапазон  работы которых равен максимальному значению измеряемого сигнала.

Автоматический выбор предела измерения.

Наиболее простыми является использование шагового искателя или реле искателя, которые при подаче на них входного напряжения переключают входной делитель с максимального предела до тех пор, пока входной сигнал не станет меньше некоторого компенсирующего напряжения, как правило, равного старшему разряду цифрового счетного устройства. Однако такой метод длительный.

В современных цифровых измерительных приборах используются цифровые счетчики для автоматического переключения предела измерения. Измерение начинается с меньшего предела при переполнении цифрового счетчика происходит переключение на больший предел измерения. После чего отсчет происходит сначала. Для повышения быстродействия такой схемы используется дополнительная схема, запоминающая предел  измерения в предыдущем цикле измерения.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное.

Периодическое напряжение любой формы можно характеризовать несколькими значениями:

– Максимальное значение  (амплитудное) U_m;

– Средневыпрямленное значение .

– Среднеквадратичное значение (действующее) .

Для известных форм напряжений взаимосвязь этих напряжений известна, например для синусоиды: ,  

.

В этом случае неважно какое из этих напряжений преобразователь приводит в постоянное напряжение, так как  всегда в приборе можно учесть постоянный множитель, коэффициент перевода одного значения  в другое при выводе значения на экран. Если же измеряется напряжение неизвестной формы, возникает методическая погрешность. Для того, чтобы данная погрешность не возникала, преобразователь прибора должен реагировать на то напряжение, которое необходимо измерять. При этом следует отметить, что преобразовать   , чем .

Благодаря этому появилось 3 группы преобразователей: 1) преобразователи . 2) . 3) . В дальнейшем будут рассматриваться только первые 2 группы преобразователей.

Преобразователи среднего выпрямленного значения.

Простейшие преобразователи на диодах не получили широкого распространения из-за нелинейности и температурных зависимостей вольт-амперных характеристик диодов. Наибольшее распространение имеют преобразователи  на операционных усилителя.

R₁=R₂=R₃           R₅=0,5R₄.

На рисунке 1 благодаря работе симметричных ветвей R₂-VD1, R₃-VD2 на выходе происходит однополупериодное выпрямление U_ВХ.

Постоянная составляющая выходного напряжения снимается в точке А. Она выделяется фильтром R₄-С. Важно отметить, что диод VD1 находится не в цепи обратной связи, а в прямом тракте, это означает, что нелинейность его характеристик будет минимально влиять на выходной сигнал.

На выходе схемы на рисунке 1 получим напряжение:

Если выбрать соотношение ,  то постоянная выходного напряжения без учета погрешности будет равна среднему выпрямленному напряжению синусоидального входного сигнала.

Сложнее усложнив схему на рисунке 1а, получим схему на рисунке 2а, в которой требования к фильтру намного ниже. После известных преобразований получим выходное напряжение для схемы 2а:

 (при условии, если ключ к разомкнут.

Если ключ к замкнут: .

Если выбрать отношение: , то выходное постоянное напряжение будет равно среднему выпрямленному значению синусоидального напряжению.

Если выбрать соотношение  больше, то выпрямитель будет играть роль входного усилителя.

Лекция 22

Преобразователи напряжения в код (АЦП).

АЦП для времяимпульсных цифровых вольтметров с линейной разверткой.

Генератор линрейноизменяющегося  напряжения Г₂, компаратор УС (устройство сравнение), одновибраторы Г1₁, Г2₂ создают из входного напряжения и временной интервал   от генератора тактовых импульсов Г₁ высокочастотные импульсы учитываются счетчиком Ст. Число импульсов, подсчитанное счетчиком Ст прямопропорционально , следовательно, пропорционально входному напряжению. Делитель частоты ДЧ предназначен для перевода в начальное положение.

Сигнал 2 запускает одновибратор  ГТ₁, переводящий триггер Г в начальное положение, кроме того сигнал 2 запускает генератор Г₂ и сбрасывает счетчик Ст вначале каждого такта измерения. Без учета погрешностей связь числа импульсов с измеряемым напряжением такова: =.

, где S₀ – крутизна опорного напряжения генератора Г₂ на рабочем возрастающем участке.

АЦП для вольтметров с контактным интегрированием.

Первый такт интегрирования начинается после подачи на устройство управления УУ сигнала 1- пуск; после чего интегрирование начинается по последующему положительному фронту сигнала 2. После передачи сигнала 1 по положительному фронту сигнала 2  с ГТИ начинается отсчет времени , интегратор и INT получают через ключ К1. Интегратор построен так, что выходное напряжение U  линейно уменьшается при подаче на вход постоянного положительного напряжения и  растет при подаче отрицательного постоянного напряжения.

Пока идет первый такт интегрирования, счетчик Ст насчитывает однократно заданное число импульсов N, поступает с генератора Г через УУ по сигналу 6. Первый такт интегрирования заканчивается при появлении сигнала на старшем разряде счетчика Ст (что означает, что Ст начитал заданное количество).

После подачи на УУ сигнала 7, начинается второй такт интегрирования, при котором устройство УУ закрывает , а сигналом 8 открывает , через который на интегратор передается опорное напряжение отрицательной полярности с источника опорного напряжения ИОН за время  сигнал с интегратора У достигает значения нуля. Устройство сравнения выдает сигнал для У, по окончанию второго такта интегрирования. За время  счетчик Ст успевает насчитать число N_2, кратное измеряемому сигналу U_X.

Следует отметить, что на первом такте интегрирования крутизна выхода напряжения интегратора зависит от U_X, на втором крутизна напряжения интегрирования постоянна и определяется ИОН.