LEKCIJA_10
.docИнтегропотенциометрический метод реализован в ЦВ Щ1611, Щ1612, НР3460А и др. Структурная схема ЦВ интегропотен - циометрического типа с преобразованием напряжения в частоту в прямой ветви и ЦАП напряжения в цепи обратной связи приведена на рис. 10.8. Основными узлами ЦВ являются преобразователь напряжения в частоту и ЦАП, определяющий его точность. Цифро-аналоговый преобразователь выполняется на основе резистивных или индуктивных делителей напряжения, а также делителей на основе ШИМ. В качестве источника опорного напряжения в ЦАП используются нормальные элементы или прецизионные стабилитроны.
Измеряемое напряжение их через входной делитель подается на входной усилитель с переменным коэффициентом усиления. С выхода усилителя напряжение подается на вход преобразователя напряжение — частота (невысокой точности), частота выходных импульсов которого пропорциональна подаваемому на его вход напряжению. Работа ЦВ осуществляется в два такта. Алгоритм работы прибора обеспечивает устройство управления. В течение первого такта на вход преобразователя напряжение — частота подается напряжение uх. Схемы И1, И2 и ИЛИ открыты, и импульсы с преобразователя напряжение-частота подаются на старшие декады счетчика. В течение первого такта входное напряжение определяется неточно (с погрешностью преобразования напряжения в частоту 0,1 - 0,3%). Выходное напряжение ЦАП в течение интервала времени, пока идет заполнение старших разрядов, равно нулю.
В конце первого такта число импульсов, записанное в старших декадах счетчика, передается в ЦАП, где преобразуется с высокой точностью (0,005-0,0001%) в аналоговый сигнал. Напряжение, снимаемое с ЦАП, подается на вход вольтметра с полярностью, обратной полярности напряжения uх.
Рис. 10.8. Структурная схема ЦВ интегропотенциометрического типа
К началу второго такта измерения разность напряжений uх и uцaп подается на входной усилитель, а затем на преобразователь напряжение — частота. Теперь преобразователь напряжение — частота выполняет задачу устройства сравнения, измеряющего разностное напряжение путем преобразования его в последовательность импульсов, частота которых пропорциональна разностному напряжению. Импульсы с преобразователя напряжения в частоту в течение второго такта подаются на младшие разряды счетчика.
В конце второго такта числовой эквивалент измеряемого напряжения будет зафиксирован положением всех разрядов счетчика.
Рассмотрим на примере работу прибора при uх = 11,0010 В, числе старших декад счетчика, равном четырем, младших — двум и погрешности преобразования напряжения в частоту 0,3 %. Напряжение, измеренное в результате первого такта, равно 10,971 В (погрешность 0,3%). Результирующее число импульсов в старших декадах счетчика 1097 ± 1. Напряжение на выходе ЦАП uцап = 10,96 В. Разностное напряжение uх —uцап = 0,0410 В. Число импульсов в двух младших декадах счетчика, фиксируемое во втором такте, 409 ± 1 (погрешность 0,3 %). Общее число импульсов, зафиксированное счетчиком, равно 11009 + 1, и напряжение, индицируемое цифровым индикатором после второго такта,— 11,0009 В + 1 зн. Достоинство такой схемы — высокая точность при использовании преобразователя напряжения в частоту малой точности. Погрешность схемы определяется точностью и стабильностью опорного напряжения ЦАП.
Метод расширенной динамической шкалы реализован в ЦВ TR-6567 фирмы Таkeda Ricken.
В ЦВ и АЦП функцию аналого-цифрового преобразования все чаще выполняют микропроцессоры (МП). Это позволяет в ряде случаев существенно сократить объем устройства управления и совместить процесс преобразования с процессом предварительной обработки информации. При применении микропроцессорных средств вычислительной техники (МСВТ) упрощается и видоизменяется процесс разработки АЦП, который в значительной степени сводится к программированию. При таком построении АЦП в программное устройство микропроцессорной системы необходимо записать специальную подпрограмму, реализующую требуемый алгоритм аналого-цифрового преобразования и выполнить ее с помощью МП.
Алгоритм аналого-цифрового преобразования начинается сборкой периферийного интерфейсного адаптера. Эта операция нужна для того, чтобы определить, какие регистры и какие разряды регистров периферийного интерфейсного адаптера соответствуют шинам ЦАП и других узлов. После этого подготавливается память и устанавливаётся указатель разряда. Затем указатель поворачивается на одну позицию и проверяется, не последняя ли она, после чего данный разряд устанавливается в положение 1. После задержки, необходимой для срабатывания сравнивающего устройства, проверяется уровень на его выходе. Если выходное напряжение лог. 1, то 1 записывается в регистр периферийного интерфейсного адаптера и следует переход к следующему такту. Если сигнал на выходе устройства сравнения равен 0, данный разряд и соответствующий ему регистр периферийного интерфейсного адаптера устанавливаются в 0 и затем происходит переход к следующему такту. Задержка в петле «Да» нужна для выравнивания времени выполнения операций на обоих выходах этой части алгоритма. Время выполнения всей программы аналого-цифрового преобразования составляет 700 мкс.
Микропроцессоры используются для аналого-цифрового преобразования и в ЦВ двойного интегрирования. При этом программа аналого-цифрового преобразования получается проще. Отличительной особенностью АЦП двойного интегрирования с МП по сравнению с АЦП без МП является отсутствие устройства сравнения. Нулевым напряжением интегратора считается пороговое напряжение входа микропроцессора. Процесс преобразования состоит из трех операций: коррекции нуля, интегрирования напряжения ux в течение интервала интегрирования ТИ и интегрирования опорного напряжения uоп до момента, пока на выходе МП не будет зафиксировано, что выходное напряжение интегратора достигло порогового уровня. Опорное напряжение uоп с выхода 1 МП подается одновременно с запиранием ключа, выполненного на транзисторе V. Микропроцессоры в АЦП двойного интегрирования могут произвольно использовать время установки нуля (поскольку это время не ограничено жестко) для работы по основной программе.