книги из ГПНТБ / Попов В.С. Электрические измерения (с лабораторными работами) учебник

ток ОД А и напряжение на каждом сопротивлении 1 Ом составит 0,1 В; при втором положении переключателя ток и напряжения уменьшаются соответственно в 10 раз.

Рпс. 5-9. Упрощенная схема потенциометра перемен­ ного тока Р-56.

резисторов (по 10 Ом). Если переключатель Пъ находится в положении 1, то ток этой цепи 0,01 А, а напряжение на каждом из резисторов 10 Ом 0,1 В. При втором положении переключателя (0,1) ток и частичные напряжения в цепи реохорд — магазин уменьшаются в 10 раз. Напряжение между движками Пг и Р2 уравновешивает вторую состав­ ляющую измеряемого напряжения, сдвинутую по фазе относительно . первой па 90°. Кроме того, во вторичной цепи трансформатора включены резисторы гх и г2 , а также конденсатор С, обеспечивающие сдвиг тока этой цепи относительно тока первой цепи на 90°. Резистором rf ток цепи поддерживается неизменным при изменении частоты от 40 до 60 Гц.

140

Переключателями П3 и П4 можно изменять на 180е фазы составляющих измеряемого напряжения, подле­ жащих компенсации.

Расширение предела измерения напряжения произ­ водится делителем напряжения с номинальными значе­

5-6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О Ц И Ф Р О В Ы Х П Р И Б О Р А Х

Известно (§ 1-4, а), что приборы по системе отсчета показаний делятся на приборы с непрерывным отсче­ том — аналоговые и приборы с дискретным отсчетом — цифровые, показания которых выражаются в цифровой форме.

Вбольшинстве приборов с непрерывным отсчетом происходит преобразование измеряемой физической вели­ чины в другую физическую величину, изменяющуюся аналогично измеряемой или, как говорят, являющуюся аналогом .измеряемой. Например, при измерении пере­ менного напряжения термовольтметром по рамке изме­ рительного механизма прибора проходит постоянный термоэлектрический ток, являющийся аналогом измеря­ емого напряжения. Этот ток вызывает вращающий мо­ мент и перемещение (поворот) подвижной части, подобное (аналогичное) измеряемому (входному) напряжению. Чис­ ловое значение измеряемой величины получается в ре­ зультате отсчета по шкале аналогового прибора, а иногда, кроме того, и в результате некоторых добавочных вычис­ лений, на что затрачивается много времени и что сопря­ жено с субъективными погрешностями, снижающими точность измерений.

Вцифровых приборах результат измерений представ­ ляется непосредственно в цифровой форме или в виде кода, так что устраняются субъективные ошибки, уско­

ряется процесс измерения, а при сочетании такого прибора с регистрирующим устройством процесс измерения авто­ матизируется.

В основе измерения цифровым прибором непрерывной величины лежит процесс квантования (или дискретизации)

141

по времени и по уровню (рис. 5-10), т. е. преобразование ее в дискретную.

Квантование по времени заключается в получепии через равные промежутки времени At (рпс. 5-10) мгновеппых значений х (^), х (£,), х (ts), х (tn), определяющих непрерывно изменяющуюся измеряемую величину х (t), приложенную к входным зажимам цифрового прибора.

Так как отсчетпое устройство цифрового прпбора обладает определенным ограниченным количеством цифр,

Вцифровых приборах возникает погрешность дис­ кретности, представляющая собой разность между пока­ занием прибора (ординаты уровней квантования на рис. 5-10) и истинным значением величины (ординаты кривой на рис. 5-10).

Числовым кодированием называется процесс выраже­ ния численного значения измеряемой величины в опре­ деленной системе счисления.

Вповседневной жизни применяется десятичная сис­

тема счисления с основанием, равным 10, в которой любое целое число представляется суммой некоторого

каждое из которых может множиться на одну из десяти цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9.

Таким образом, в десятичной системе счисления про­ извольное целое число можно представить в следующем

142

о б щ ем виде:

весовым коэффициентом и л и просто весом, так как к а ж д ы й

например рассмотренное выше число 8 0 3 содержит только коэффициенты кг 8 — 0 — 3 , а весовые коэффициенты

Ю1 : Ю а — Ю 1 — 10° — отброшены .

Вцифровой электроизмерительной технике исполь ­

= Ц Л,-2*,

143

где 2 — основание системы счисления, равное числу сим­ волов, используемых • в системе;

п — количество разрядов числа;

kt — коэффициент, принимающий значение 0 или 1. При записи в двоичной системе счисления аналогично десятичной системе ради упрощения записываются только коэффициенты к^ а весовые коэффициенты 21 и знаки сложения отбрасываются. Так, например, в рассмотрен­ ном выше примере 141 0 = 11102 в двоичном коде записаны

только коэффициенты к{ — 1—1—1—0.

Аналогично десятичной системе в двоичной системе дробные части числа отделяются от целого числа запятой, причем если в десятичной системе в дробной части сум­ мируются десятые, сотые, тысячные доли, то в двоичной системе в дробной части суммируются половины, четверти, восьмые и т. д., так, например, 14,14 = 1110,1110.

Слагаемые дробной части написанного выражения отличаются от слагаемых целой части числа только отри­ цательными показателями степеней.

Втабл. 5-1 даны записи некоторых чисел в десятичной

идвоичной системах счисления.

Переход от двоичного счета к десятичному можно выполнить следующим образом. Если в разряде двоичного числа стоит 0, то цифра предыдущего старшего разряда множится на 2. Если в разряде числа стоит 1, то цифра предыдущего разряда множится па 2 и к произведению прибавляется единица. Найдем, например, десятичное

144

выполнить следующим образом. Делим десятичное число

в строку справа налево, получаем соответствующее двоич­ ное число. В примере, рассмотренном в табл. 5-2, получен­ ное число 1110 = 1-23 + 1-22 + 1-21 + 0-2° = 8 + 4 + + 2 + 0 = 14.

Двоично-десятичная система представляет собой соче­ тание двоичной и десятичной систем. В этой системе сохраняется расположение десятичных разрядов, а цифры каждого разряда образуются группой из четырех дво­ ичных символов 0 или 1. Например, десятичное число 735 ( 1 0 ) в двоично-десятичной системе запишется так: 0111 ООН 0101. В двоично-десятичном коде разрядам, идущим один за другим справа налево, приписываются все веса, равные последовательно возрастающим сте­ пеням 2 (8—4—2—1), а десятичная цифра равна сумме произведений этих весов на соответствующую двоичную цифру 0 или 1. Кроме указанного выше кода с весами 8 — 4 — 2 — 1, применяются и другие коды, например с ве­ сами 5—1—2—1 или 2 — 4 — 2 — 1 .

Цифровые измерительные приборы (ЦИП) можно раз­ делить по следующим признакам: 1) по роду измеряемой величины на вольтметры, вольтамперметры, омметры, фазометры, частотомеры и др.; 2) по типу применяемых элементов на электронные и электромеханические. В пер-

145

вых из них использую'тся электронные и полупроводни­ ковые бесконтактные элементы, поэтому скорость их работы велика, что является их достоинством, погреш­ ность их составляет 0,1—0,5 %. Во вторых — исполь­ зуются электромеханические элементы: реле, переклю­ чатели и т. п., поэтому скорость их работы низкая, про­ должительность одного измерения составляет несколько десятых долей секунды. Точность их очень высокая (0,01 — 0,005 % ) ; по методу преобразования непрерыв­ ной величины в цифровую форму, т. е. по способу коди­ рования, цифровые приборы делятся на следующие груп­ пы: а) приборы геометрического (пространственного) коди­ рования; б) приборы число-импульсного, время-импульс­ ного и частотно-импульсного кодирования; в) приборы поразрядного кодирования.

д и р о в а н и я измеряемая величина сначала преобра­ зуется в линейное или угловое перемещение (перемещение электронного луча или поворот вала и т. п.), а затем

с помощью кодирующей маски соответствующей формы преобразуется в цифровую форму. Применяются электро­ контактные, индуктивные, фотооптические, электронные

идругие кодирующие преобразователи.

Вкачестве примера рассмотрим принцип работы цифрового прибора с пространственным кодированием (рис. 5-11) с электронно-лучевой трубкой и кодирующей маской, выполненной в двоичной системе счисления.

146

жется на соответствующей строке маски. Под действием

луч будет перемещаться вдоль соответствующей строки маски, попадая то на прозрачные, то на непрозрачные ее участки. Луч, попадая на экран через прозрачные участки маски, вызывает его свечение; в результате

Рпс. 5-12. Графики компенсирующего UK, измеряемого [Ух и им­ пульсного Ux напряжений (а); структурная схема время-импульс­ ного кодирования (б); графики компенсирующего и измеряемого напряжения преобразователя с число-импульсным кодированием (в).

этого на фотоэлемент воздействуют световые импульсы, которые после усиления в виде цифрового кода посту­ пают на выход.

Основным преимуществом приборов с геометрическим кодированием является быстродействие. Погрешность их не превышает 1 %.

В п р и б о р а х с в р е м я - и м п у л ь с н ы м к о ­ д и р о в а н и е м измеряемая величина, например напря­ жение Ux, преобразуется в промежуток времени Т (рис. 5-12, а) путем сравнения измеряемого напряжения Ux с пилообразным компенсирующим напряжением UK, изме­ няющимся до некоторого максимума пропорционально

147

пилообразного напряжения ГКН, и в тот же момент tt электронный ключ ЭК открывается и начинает пропус­ кать импульсы напряжения от генератора стабильной частоты ГИ в счетчик импульсов СИ. Компенсирующее напряжение, изменяясь пропорционально времени, до­

до своего максимума, а затем спадает. По прошествии некоторого времени, необходимого для отсчета по команде

Погрешность результата измерения, зависящая от линейности и постоянства крутизны пилообразного напря­ жения, а также постоянства частоты импульсов, состав­

этого используется источник со ступенчато-изменяющимся (возрастающим или убывающим) компенсирующим напря­ жением U« (рис. 5-12, в). Число ступенек этого напря­

сов, равное числу ступенек компенсирующего напря­

измеряемой величине. Следовательно, определяемое число импульсов за постоянный промежуток времени будет пропорционально измеряемой величине.

Генератор управляемой частоты ГУЧ (рис. 5-13) вы­ дает импульсы, частота которых пропорциональна зна-

148

чонию входной величины. Эти импульсы в течение за­ данного датчиком интервалов времени ДИВ промежутка времени Т проходят через ключ ЭК и фиксируются счет­ чиком импульсов СИ. По прошествии времени, необхо­ димого для считывания результатов измерения, блок

измеряемое постоянное на­

пряжение Ux периодически сравнивается с образцовым

того потенциометра (рис. 5-15), переключение сопротив­

тивления группы А замкнуты накоротко, а сопротивления группы Б, наоборот, включены в цепь.

Процесс сравнения измеряемого напряжения, которое предположительно имеет значение Ux — 40, начинается

149