книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

реализации, ооусловленная неодинаковостью и нестаоильностыо ступенек AUk; 3) погрешность, обусловленная порогом чувстви­ тельности сравнивающего устройства.

Недостаток этого типа вольтметров — малое быстродействие, а поэтому в настоящее время такие вольтметры применяются редко.

Вольтметр (следящий) (рис. 298, а). В этом приборе применя­ ется сравнивающее устройство СУ со следящим режимом работы.

жения, он может быть построен с использованием дискретного дели­ теля напряжения и реверсивной пересчетной схемы.

импульсы от генератора импульсов ГИ начинают поступать на вход 1 генератора РГЛСН и на вход реверсивного пересчетного устройства РПУ. Напряжение Uh начинает возрастать. При Uhl = Uxl в мо­ мент t2 ключ К1 закрывается и на отсчетном устройстве ОУ зафикси­ руется число

В момент t3 входное напряжение становится равным Ux2, что снова приводит к неравенству Uh < Ux, к возрастанию напряжения Uk до Uh2 = Ux2 в момент г4 и к установлению показания на ОУ

К2 и напряжение Ux начнет уменьшаться до Uh3 = Ux3. В момент te показание ОУ станет

390

Таким образом прибор постоянно следит за изменениями входной величины и в атом его достоинство.

Погрешность прибора имеет те же составляющие, что и в пре­ дыдущем приборе.

Ц ИП с непосредственно преобразуемой в код величиной

ввиде перемещения

Вцифровом измерительном приборе (рис. 299, а) измеряемая величина — перемещение L x — воздействует на квантующее устрой­

ство КВУ, преобразующее перемещение в пропорциональное число

Рис. 299. ЦИП для измерения перемещения: а — структурная схема; б — квантующее устройство

импульсов N = кЬх. Импульсы подсчитываются пересчетным устрой­ ством ПУ и фиксируются отсчетиым устройством ОУ.

На рис. 229, б показано схематически в качестве примера кван­ тующее устройство для углового перемещения ах. При повороте вала

К1

вием этого потока фотоэлемент ФЭ дает иа выходе импульсы, число которых пропорционально ах.

Составляющие погрешности прибора: 1) погрешность дискрет­

Если перемещение может менять знак, то прибор должен быть усложнен за счет узла определения направления перемещения. В этом случае схема (рис. 300) имеет реверсивное пересчетное устройство

391

РПУ, два ключа К1 и К2, управляемые узлом определения направ­ ления У ОН.

Измеритель перемещения может применяться для измерения лю­ бых величин, которые предварительно могут быть преобразованы

вперемещение.

51.Цифровые измерительные приборы сравнения

ивычитания (взвешивания)

Сиспользованием метода сравнения и вычитания для преобра­ зования непрерывной величины в код известны ЦИП для измерения постоянных напряжений, переменных напряжений, амплитуды им­ пульсов, сопротивлений, частоты, неэлектрических величин и т. д. Наибольшее распространение получили ЦИП с замкнутой структур­ ной схемой циклического действия.

Вольтметр постоянного тока (кодо-имнульсный). Упрощенная

указанием полярности в зависимости от полученных сигналов воздействует на делитель БД, переключая поддиапазоны, на уст­ ройство, указывающее полярность входного напряжения .(не пока­ зано на рис. 301), и на ЦАП. Под воздействием устройства УУ напряжение Uk будет изменяться ступенями в соответствии с выбран­

С целью показать работу управляющего устройства рассмотрим схему рис. 302, где РТИ — распределитель тактовых импульсов, выдающий поочередно импульсы на іг + 2 выходах под действием импульсов генератора тактовых импульсов ГТИ; ЦАП — цифроаналоговый преобразователь, работающий .(для облегчения рассмот­ рения) по двоичному коду. Допустим, что сравнивающее устройство СУ выдает импульс, открывающий ключи Kl, К2, Кп при Uh^ ІЭ= U'x, при Uh < UX ключи остаются закрытыми. При подаче импульса «установки нуля» триггеры Тгі — Тгп устанавливаются в исходное состояние; пусковым импульсом триггер Тг перебрасывается и откры-

392

Таким образом, к концу цикла измерения на выходе ЦАП будет набрано напряжение Uh, наиболее близкое значению U'x. Этому зна­ чению Uh, а следовательно и U'x — kUx, будет соответствовать опре­ деленная комбинация возбужденных триггеров. Выходные потен­ циалы этих триггеров образуют код. При п + 2 шаге импульс рас­ пределителя возвращает триггер Тг в исходное состояние, и на этомцикл преобразования заканчивается. Рис. 303 показывает образова­ ние Uh при измерении U'x, а также образование двоичного кода 01001.

Основные составляющие погрешности вольтметра: 1) погрешность дискретности, определяемая числом разрядов; 2) погрешность реали­ зации, зависящая от точности работы /"(-477; 3) погрешность, обуслов­ ленная неточностью работы

В этих приборах достигнуто затухание 160 дБ для .помех общего вида постоянного тока и 120 дБ — для переменного тока.

Цифровые кодо-импульсные вольтметры выпускаются, как пра­ вило, многопредельными с поддиапазонами, например, 1, 10, 100 и 1000 В и снабжаются 3—6-знакош.іми отсчетными устройствами. Чувствительность этих прибо­ ров достаточно высока.] Извест­ ны приборы, у которых одна единица младшего разряда со­ ответствует 10 мкВ.

в соответствии с выбранным кодом до тех пор, пока оно не станет равным амплитудному значению Ux. Процесс сравнения может длить­ ся несколько периодов.

394

52.Цифровые измерительные приборы считывания

ЦИП для измерения перемещений. ЦИП считывания применяются, главным образом, для измерения перемещений. В качестве примера рассмотрим прибор с кодирующим диском для измерения углового перемещения ах (рис. 306).

Для образования двоичного кода служат кодирующий диск КД, лампа Л, фотоэлементы ФЭ1—ФЭЗ и переходное устройство ПХУ. Диск, показанный на рис. 306, а, служит для образования трех­ разрядного двоичного кода. Поэтому на диске имеются три группы концентрически расположенных отверстий. Каждая группа, находя­ щаяся на одинаковом расстоянии от центра, соответствует опреде­ ленному разряду. По одну сторону диска (рис. 306, б) расположена

Луч света от лампы через отверстия в диске достигает фотоэле­ ментов. При повороте диска от 0 до 45° световой поток не попадает на фотоэлементы, пррі повороте диска от 45 до 90° освещается первый фотоэлемент ФЭ1, при повороте от 90 до 135° освещается второй фото­ элемент ФЭ2, при повороте от 135 до 180° освещаются первый и второй фотоэлементы и т. д. Таким образом, в зависимости от угла поворота диска будет освещен тот или иной фотоэлемент или их сочетания.

Фототоки фотоэлементов направляются в переходное устройство ПХУ, которое выдает соответствующие двоичные коды. При повороте диска от 0 до 45° будет выдаваться код 000, при повороте от 45 до 90° — код 001, при повороте от 90 до 135° — код 010 и т. д.

Для увеличения точности преобразования берется диск на боль­ шее число разрядов. Известны кодирующие 19-разрядные диски.

Кроме фотоэлектрического «съема», применяется механический «съем» (с помощью контактов), а также электромагнитный и емкост­ ный «съем». В двух последних случаях используется соответственно индуктивная и емкостная связь диска и чувствительных элементов.

396

Правильно изготовленный прибор обладает только погрешностью дискретности, зависящей от числа разрядов кодирующего устройства. Однако при определенных условиях возможно возникновение по­ грешности считывания. В рассматриваемом приборе эта погрешность может возникнуть, если линия расположения фотоэлементов совпа­ дает с линией раздела диска на секторы, каждый из которых соответ­ ствует определенному коду. Например,* при совпадении линии распо­ ложения фотоэлементов с линией, отделяющей секторы 011 и 100, вследствие неточности расположения фотоэлементов могут быть обра­ зованы любые коды от ООО до 111, т. е. погрешность считывания может быть очень велика.

Для уменьшения этой погрешности применяют ряд мер и в том числе используют так называемые циклические коды. Примером цик­ лического кода является код Грея (табл. 17).

Как видно из таблицы, при изменении значения измеряемой ве­ личины на единицу младшего разряда в двоичном коде могут изме­ няться символы во всех разрядах. В коде Грея при изменении значе­ ния преобразуемой величины на одну единицу младшего разряда всегда изменяется символ только одного разряда. Поэтому погреш­ ность считывания при использовании кода Грея не может превышать одной единицы младшего разряда.

53. Характеристики современных цифровых

измерительных приборов и аналого-цифровых преобразователей

Достигнутый уровень характеристик ЦИП и АЦП. В табл. 18 приведены данные, характеризующие мировой уровень по некоторым характеристикам ЦИП и АЦП. Следует иметь в виду, что в отдель­ ных моделях обычно только один параметр (редко два) соответствует предедьному.

Достоинства ЦИП.

1.Объективность и удобство отсчета и регистрации результатов измерения.

2.Может быть получена высокая точность измерения при полной автоматизации процесса измерения.

3. Может быть получено высокое быстродействие.

4. Возможность сочетания ЦИП с вычислительными и различными автоматическими устройствами.

397

5. Возможность дистанционной передачи результатов измерения в виде кода без потерь точности.

Недостатки ЦИП — сравнительная сложность, сравнительно малая надежность и высокая стоимость. Однако применение новых элементов микроэлектроники позволит повысить надежность и сни­ зить стоимость ЦИП.

Области применения ЦИП и АЦП. В настоящее время ЦИП используются при измерениях многих электрических и неэлектри­ ческих величин. Однако есть области техники, где измерения произ­ водятся преимущественно с помощью ЦИП. К таковым относятся области, где надо производить точные измерения частоты, временных интервалов, счет импульсов. Очень широко стали применяться цифро­ вые вольтметры для автоматического измерения постоянного напряже­ ния с высокой точностью.

Наряду с применением ЦИП для точных измерений в лаборатор­ ных условиях в настоящее время начали широко использовать щи­ товые ЦИП.

В связи с повышением уровня автоматизации производственных процессов и широким применением вычислительных машин область применения АЦП для преобразования различных величин в код по­ стоянно расширяется.

Таким образом, имеется явная тенденция все более широкого применения ЦИП и АЦП.

398

Глава десятая

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

54. Общие сведения

Назначение. Развитие научных исследований в разнообразных направлениях — исследование космоса, океана, исследования, свя­ занные с изучением вещества, и многие другие; рост выпуска промыш­ ленной продукции и связанная с этим необходимость автоматизации технологических процессов н контроля качества продукции; центра­ лизованное управление крупными энергетическими системами, сис­ темами газоснабжения и другими — привело к необходимости изме­ рять или контролировать десятки, сотни, а иногда и тысячи физиче­ ских величин, характеризующих тот или иной процесс. Такие мас­

(ЭВМ), которые обрабатывают измерительную информацию, выдавае­ мую ИИС, по заданному алгоритму. Сигналы от ИИС или ЭВМ могут быть использованы для целей автоматического управления тем или иным процессом. Разнообразие требований, предъявляемых к ИИС, и условий их работы привели к необходимости иметь различные ИИС по назначению и характеристикам 1 .

Основной принцип построения ИИС заключается в формирова­ нии ИИС в соответствии с заданными техническими условиями из типовых, а в некоторых случаях и из специальных блоков. Типовые блоки и их характеристики устанавливаются стандартами Государ­ ственной системы приборов (ГСП). Примером может служить Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники (АСЭТ).

На рис. 307 в качестве примера показана структурная схема изме­ рительной системы с временным разделением измерительных каналов, иллюстрирующая идею выполнения ИИС этого типа. Измеряемые

399