- •21. Сбор и обработка данных измерений
- •23. Устройство и работа микропроцессора
- •24. Виды соединения эвм с внешними элементами: каскадное, кольцевое и радиальное соединения.
- •25. Целесообразность централизованной обработки данных
- •26. Программирование работы процессора
- •31. Кодирование чисел
- •37. Детекторы среднего значения
- •38. Усилители и выпрямители
- •40. Детекторы среднеквадратического значения
- •28. Промышленные средства измерения
- •29. Промышленные сре-ва изм. Основ требования
- •30. Понятие информации
37. Детекторы среднего значения
Когда говорят о среднем значении переменного напряжения, фактически имеют в виду среднее по абсолютной величине значение переменного напряжения или среднее значение его амплитуды. Это точно соответствует среднему значению сигнала на выходе двуполярного выпрямителя, что позволяет воспользоваться схемой, изображенной на рис. 4.11.
Здесь диодный мост будет обеспечивать протекание тока через измерительный прибор всегда в одном направлении, независимо от полярности входного сигнала. Инерция подвижной катушки измерительного прибора будет препятствовать ее вибрации с той же частотой, с какой изменяется переменный ток. Катушка будет реагировать только на среднее значение тока. Если входное напряжение подано непосредственно на вход моста, то у измерительного прибора будет мертвая зона.
а)б)с)
Рис. 4.11. Детектор среднего значения: a) путь сигнала при положительном входном напряжении; б) путь сигнала при отрицательном входном напряжении; c) форма входного напряжения v(t) и результирующего тока i(t) через катушку измерительного прибора
Отсюда следует нежелательная нелинейность характеристики: ток через измерительный прибор становится равным нулю при малых входных напряжениях. «Рабочий цикл» тока, текущего через катушку измерительного прибора, будет менее 100 %, следовательно, индицируемая величина будет находиться ниже истинного значения.
38. Усилители и выпрямители
Измерительные усилители являются измерительными преобразователями и должны обладать стабильными метрологическими характеристиками. Они, в первую очередь, различаются видом используемого активного элемента.
Рис. 4.6. Усилительные каскады: а - ламповый, б - транзисторный, в – магнитный
Существуют ламповые, транзисторные, магнитные усилители (см. соответствующие схемы рис. 4.6), а также усилители на основе элементов с отрицательным сопротивлением и регулируемым реактивным сопротивлением, на туннельных диодах и молекулярные.
Для ламповых усилителей характерны высокое входное сопротивление и малый сеточный ток, благодаря чему отбор мощности от входной цепи оказывается мизерным. Однако их общими недостатками являются необходимость подогрева катода, относительно высокое рабочее напряжение, а также большие габариты. Поэтому ламповые усилители в значительной мере вытеснены из измерительной техники транзисторными. В отличие от электронной лампы, управляемой напряжением, транзистор управляется изменением тока базы. Биполярные транзисторы характеризуются сравнительно низким входным сопротивлением, тогда как полевые транзисторы обладают входным сопротивлением, близким к сопротивлению электронных ламп, и позволяют измерять токи порядка 10 -14 А.
Транзисторы, по сравнению с лампами, потребляют намного меньше мощности, имеют значительно больший срок службы и еще ряд преимуществ, в том числе миниатюрное исполнение. Однако их характеристики зависят от температуры, что ограничивает применение германиевых транзисторов рабочей температурой до 75 100°С, а кремниевых до 150 200°С. Правда, влияние изменений температуры окружающей среды на характеристики транзисторов можно корректировать схемотехническим путем, что расширяет возможности их применения.
Магнитные усилители (см. рис. 4.6, в) в измерительной технике применяют лишь в тех случаях, когда необходимо усилить электрическую мощность порядка 10 -11 Вт до единиц и сотен Вт. В простейшем исполнении магнитный усилитель представляет собой дроссель с намагниченным сердечником, полное сопротивление которого изменяется при насыщении под воздействием управляющего постоянного тока. Выходной величиной является переменный ток. Магнитные усилители весьма инерционны, и их время задержки достигает нескольких секунд.
Помимо используемой элементной базы, усилители различают по виду входного сигнала: усилители переменного и постоянного напряжений и усилители постоянного тока.
Выделяются по своему принципу действия и схемному исполнению модуляционные усилители постоянного напряжения. Входное напряжение в них преобразуют в переменное (модулируют), которое затем усиливают, а усиленное напряжение выпрямляют фазочувствительным детектором (демодулируют). Тем самым исключается дрейф нулевой точки характеристики, присущий усилителям постоянного тока (напряжения) с непосредственными (гальваническими) связями между каскадами.
Свойства и характеристики усилителей во многом определяются используемыми в них цепями обратной связи.
При проектировании измерительного усилителя для определенного средства измерений важнейшим требованием является обеспечение заданного передаточного коэффициента (чувствительности)
Если xa и xe - однородные величины, то передаточный коэффициент называют коэффициентом усиления. Строго говоря, он не является постоянным и зависит от значений входной величины xe (что предопределяет нелинейность статической характеристики усилителя), а также может изменяться со временем (дрейф крутизны статической характеристики).
Помимо необходимого усиления, от измерительного усилителя требуются определенная частотная полоса пропускания (широкополосность), дрейф нуля, не превышающий заданного значения, и приемлемые нелинейные искажения.
С точки зрения полосы частот усиливаемых сигналов различают усилители постоянного тока, низкочастотные, высокочастотные и сверхвысокочастотные.
Усилители должны обладать также определенными статическими и динамическими характеристиками, удовлетворять заданным требованиям по точности, надежности и устойчивости к влияющим величинам.
Наиболее широкое распространение в измерительной технике (а также в радиоэлектронике и связи) получили операционные усилители различных типов.
Операционный усилитель является универсальным по применению. Помимо линейного режима работы – усиления - он может при соответствующих схемах включения выполнять математические операции суммирования, интегрирования, дифференцирования, а также многие другие функции.