26. Циу временного преобразования. Способы временного преобразования и их сравнение. Источники погрешностей.

Работа ЦИУ временного преобразования основана на преобразовании измеряемой величины х в интервал времени t_Х, заполняемый импульсами опорной частоты f₀, количество n которых подсчитывается цифровым счетчиком. В интервал времени t_X преобразуется либо непосредственно измеряемая величина х, либо величина, функционально связанная с измеряемой и полученная в результате промежуточного преобразования. Такие ЦИУ благодаря относительной простоте, надежности и достаточно высокому быстродействию широко применяют для измерения самых разнообразных электрических и неэлектрических величин, которые затем можно преобразовать в интервал времени. К этому типу ЦИУ должны быть отнесены и цифровые измерители времени, в которых используется сравнение t_Х с опорными импульсами.

Основная погрешность ЦИУ временного преобразования зависит от погрешности преобразования х в t, нестабильности частоты опорных импульсов f₀ и несинхронности опорных импульсов с началом и концом интервала t_Х.

Время относится к особой категории величин, которую мы не можем оценивать непосредственно, безотносительно к самому процессу непрерывного течения времени. Поэтому нельзя говорить о прямом преобразовании каких-либо величин в интервал времени без немедленного преобразования этого интервала в какую-то другую величину, которую можно зафиксировать (остановить во времени). Поэтому преобразование величин в интервал времени во всех случаях может быть только промежуточной операцией, требующей немедленной последующей цифровой оценки. К ним относятся: измерители интервалов времени; измерители угла, сдвига фаз, периода и частоты.

27. Измерение интервалов времени, длительности импульсов и периода.

Интервала времени и импульса. Ключ (Кл) открывается триггером (Тг) на время t_x, за которое счетчик ЦС подсчитывает импульсы опорной частоты от генератора импульсов (ГИ). Осн-я погр-ть опр-ся погр-тью кв-я , зависящей оти от, т.е. ее макс значение не может превышать значение периода опорной частоты T₀. Число импульсов в счетчике . Макс-я отн-я погр-ть кв-я(в %). След-но, чем < T₀ и чем > t_x, тем < погрешность. Наиб трудности возн-т при измер-и очень коротких интервалов вр, т.к. ум-е T₀ огран-ся разрешающей спос-тью счетчика. Для повыш-я точности (изм-я длит-ти импульса), применяют синхр-ю (пунктир на рисунке) начала t_x с импульсами опорной частоты и одновременно разл-е способы дополн-й оценки погр-ти кв-я.

Интервала периода.

УФ - ус-ль – форм-ль

Происходит заполнение периода T_X импульсами опорной частоты f₀, от ГИ. Если на счетчик поступило n импульсов, то T_X=n*T₀; Но завис-сть эта нелин-я, треб-ся схемы для линеаризации. Относ-я погр-сть кв-я

, т.е. растет прямо пропорц-но

Только для НЧ процессов (до 1кГц), если выше то ЦИУ частотного преоб-ния.

28. Погрешности ЦИУ временного преобразования и пути их уменьшения (электронный нониус, многократный нониус, использование линий задержки, умножение длительности импульсов, рециркуляционный способ измерения).

Основной счетчик ЦС1 за интервал времени t_X под­считывает число импульсов частоты f₀ от генератора импульсов(ГИ), равное . Стоп-импульс ч/з триггер Тг1 закрывает ключ Кл, но через Тг2 включает нониусный генератор НГ, выдающий на схему «И» и дополнительный счетчик ЦС2, импульсы с частотой f, немного большей чем f₀.(Т=0,9Т₀) В момент совпадения импульсов f и f₀ схема «И» выдает ч/з Тг2 импульс запирающий НГ, причем для любого возможного совпадения за интервал работы НГ количество импульсов n₂ частоты f будет на 1 больше, чем количество импульсов от f₀. Т.е. выполнится . Следовательно, дополн-й счетчик ЦС2 подсчитаетимпульсов, определяющее цифру в дополнительном мл. разряде. Если, то цена деления нониуса равнаи значение

Многократный нониус. В момент начала t_X включается ГИ и откр-т Кл₀. Соотв-щее число импульсов n₀ за интервал t_x частотой f₀ заносится в ЦС0.

Для оценки остатка Δt методом многократного нониуса с помощью формирователей Ф1,Ф2 одновременно с опорной последовательностью создаются вспомогательные последовательности импульсов с тем же периодом T₀, но с длительностью τ_i, равной цене деления предыдущего оцениваемого разряда. В момент окончания t_X закрывается Кл0, открывается Кл1 и запускается НГ1 с периодом Т1, отличающимся от Т0 на цену деления последнего разряда отсчета ЦС0. Эти импульсы так же и импульсы с Ф1, поступают на схему И1 до момента их совпадения и считаются ЦС1. В момент совпадения схема И1 закрывает Кл1, открывает Кл2 и запускает НГ2. Это происходит ч/з интервал Δt₁ от переднего края импульсов от Ф1. Импульсы от НГ2, длительность которых равна τ₁, а период разности м/у Т₀ и суммой цен делений двух предыдущих разрядов,ч/з Кл2 считаются ЦС2 до момента их совпадения со второй последовательностью импульсов, формируемой Ф2. Период этой последоват-ти равен Т0, а длительность τ₂ равна цене деления предыдущего разряда. В момент совпадения этих двух последовательностей импульсов формируется остаточный интервал Δt₂, который может быть оценен аналогично предыдущему. Пусть как на графике ЦС1 зарегистрирует два импульса в первом дополнительном разряде и один во втором доп-м разряде. τ1=0,1*Т0; τ2=0,01*Т0;Т1=0,9Т0;Т2=0,99Т0.

Линии задержки Способом оценки Δt является также использование линий задержки. В этом случае импульсы с частотой f₀ подаются одновременно на ключ Кл и на цепочку из линий задержек ЛЗ, каждая из которых создает задержку, равную, где m₀-число, показывающее во сколько раз надо повысить точность отсчета при применении двоичных счетчиков.

Стоп - импульс в конце интервала t_x одновременно закрывает все схемы «И», т.е. срабатывают те триггеры Тг, до которых сумма вносимых ЛЗ задержек меньше Δt. По состояниям этих триггеров, используя дешифратор Дш и дополнительный цифровой счетчик ЦС2, можно судить о значении Δt. Значение t_x определяется суммой показаний счетчиков.

Поразрядная растяжка

Интервал Δt растягивается в 10 раз и фиксируется дополнительным счетчиком, работающем в коде, дополняющим до 10, что позволяет получить результат пропорциональный преобразуемому интервалу. Полученный остаток вновь растягивается в 10 раз и фиксируется в прямом коде следующим дополнительным счетчиком и т.д.