36. Циу уравновешивающего преобразования. Классификация. Две основные структуры

ЦИУ последовательного во времени преобразования. Их особенности.

В ЦИУ уравновешивающего (компенсационного) преобразования входная величина -х- уравновешивается аналоговым эквивалентом -у-. Здесь присутствует ОС между входом и выходом устройства.

Цепь ОС принципиально должна включать ЦАП, элемент сравнения (как правило, компаратор). Если считать, что компаратор и ЦАП идеальны, то погрешность измерения в данной структуре равна погрешности дискретизации, которая принципиально неустранима. То есть в данной структуре погрешности аналоговых преобразователей и АЦП исключаются (компенсационная схема). ЦАП и компараторы наиболее точные устр-ва ЦИП. ЦИУ уравновешивающего преобр-я делятся на 2 больших класса:

1) ЦИУ последовательного во времени уравновешивания

2) ЦИУ параллельно-последовательного во времени уравновешивания

Кроме того, оба класса ЦИУ делятся на группы по тому, как происходит развитие процесса уравновешивания во времени:

- развертывающее уравновешивание,

- следящее уравновешивание,

В свою очередь ЦИУ уравновешивающего преобразования можно разбить на группы по алгоритму уравновешивания:

- ЦИУ един-го приближения – уравновешивающая вел-на изм-ся на ЕМР.

- ЦИУ поразрядного уравновешивания – уравновешивание происходит поразрядно, начиная обычно со старшего (наименее точного) разряда или идет одновременно во всех разрядах.

Способ развертывающего уравновешивания характеризуется выполнением необходимых операций сравнения входной величины -X- и компенсирующей её -Y- по жесткой, заранее заданной программе, причем значение -Y- меняется от 0 до Y_max = X_max , независимо от величины -X-. Отсчет величины -X- осуществляется в момент равенства с заданной погрешностью величин -X- и -Y-. И этот пр-сс повторяется периодически.

Упрощенная стр-ра ЦИУ разверт-го уравнов-я имеет вид (рис.2.1):

Счетчик (2) имеет емкость М и работает в режиме непрерывного счета импульсов f_T. При равенстве U_ВХ (Х) и U_ЦАП (Y) компаратор (4) изменяет свое состояние на выходе (из «1» в «0» или наоборот). Считывая число импульсов в момент перепада можно получить цифровой эквивалент U_ВХ

(Х), т.е. факт-ки произвести измер-е. Момент отсчета обычно производят в момент рав-тва Х≈Y или синхр-ся с концом цикла компенс-й величины Y.

При следящем уравновешивании измеряемая величина -Х- непрерывно сравнивается с компенсирующей величиной -Y-. При выполнении равенства U_ВХ = U_ЦАП процесс уравновешивания прекращается и производится отсчет. Далее U_ЦАП непрерывно следит за U_ВХ = Х. Структура такого ЦИУ аналогична ЦИУ развертывающего преобразования, однако счетчик делается реверсивным (считает, как на увел-е, так и на умен-е), а вых-й сигнал компаратора в виде перепада (из «1» в «0») управляет направлением счета. Граф-ки пр-с уравнов-я можно пред-ть как:

Для ускорения процесса уравновешивания иногда частоту генератора счетных импульсов делают f_T делают переменной: до первого равенства – пересечения Х≈Y частота низкая и ступеньки большие, после пересечения Х≈Y частота ступенчато увел-ся и шаг квантования становится меньше. Физически это озн-т смену числа разр-в и реализовать такое ЦИУ сложнее.

ЦИУ следящего уравновешивания имеют меньшую динамическую погрешность, т.к. изменение текущего значения Х отрабатывается немедленно, а в развертывающем уравновешивании истинное значение Х определяется только на следующем цикле измерения. В следящих ЦИУ происходит значительная экономия энергии (когда входная величина не меняется, т.е. в режиме «ожидания»). Однако следящее уравновешивание имеет и недостатки: 1) не дает координаты времени, так как в состоянии ожидания АЦП может находится сколь угодно долго (устраняют введением дополнительного генератора циклов отсчета), 2) возм-ть возникновения режима автоколебаний (для его исключения искусственно вводят зону нечувствительности, так чтобы разрешающая способность была больше ЦИУ (хуже), половины цены деления (например, шага кв-я ) – реализуется смещением пороговых уровней компаратора (на половину шага кв-я)).