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, …P_m.   В первом каскаде последовательного типа, где измеряемое напряжение сравнивается с опорным напряжением U_01. Если измеряемое напряжение меньше опорного напряжения (U_x<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 U_x. Если же входное U>U₀₁, то реле  не срабатывает, в ЦОУ заносится логическая единица, а на вход следующего каскада подаётся разность напряжений (U_вх-U₀₁), а опорные напряжения U_i0 убывают по двоичному закону, то есть в ЦОУ в конце измерения будет записан двоичный код, соответствующий напряжению U_x.

 В ЦСИ амплитудного преобразования параллельного типа измеряемая величина U_x подаётся одновременно на ряд пороговых элементов ПЭ, каждый из которых настроен на разное напряжение , срабатывается источником опорного напряжения U_0i.  Источники опорного напряжения U_0i отличаются друг от друга  на единицу младшего разряда ЦОУ. При этом должен сработать только тот, пороговый элемент напряжения срабатывания которого намного меньше измеряемого    напряжения (U_xU_oi). И включается через регистр P_Г  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 £ y_max а y_max = x_max

Y_max – 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.