Перечень рекомендуемой литературы. Рисунок 8.23— Основные методы преобразования непрерывных измеряемых величин в код

I I Г

В г

Рисунок 8.23— Основные методы преобразования непрерывных измеряемых величин в код

Метод поразрядного уравновешивания (кодоимпульсный сравнения и вычитания).
При этом методе происходит пoследовательное во времени сравнение измеряемой
величины с известной величиной х _к, изменяющей свое значение неравномерными скачками по
определенному алгоритму (рис. 8.23,в). При практической реализации метода возможные

значения X _oi, образующие скачки х _к, и последовательность их формирования выбираются в соответствии со следующий алгоритмом: все значения X _оi разбиваются на группы по четырем; значения X _oi, где i =1, 2, 3, 4, в каждой тетраде соотносятся как весовые коэффициенты двоично-десятичного кода, например 8-4-2-1, а значения X _0i каждой последующей тетрады в 10 раз меньше соответствующих значений предыдущей тетрады; в младшей тетраде значение X _0i с весовым коэффициентом 1 определяет квант. Процесс преобразования начинается сравнением X со старшим значением Х₀₁ старшей тетрады (рис. 8.23, в). Результат сравнения (больше, меньше) определяет, войдет ли данное значение Х ₀₁ в результирующую сумму

∑ ⁿ Х _0i,

i=0

заменяющую X при образовании кода. В процессе последовательного сравнения двоично-десятичный код X вырабатывается поразрядно, в направлении от старшего разряда к младшему, двоично-десятичный код X.

Метод одновременного считывания.

При этом метоле происходит одновременное сравнение измеряемой величины с некоторым набором известных величин, значения которых соотносятся в соответствии с определенным правилом (рис. 8.23, г). Код измеряемой величины образуется по значению Х ₀₁ которое наиболее близко (в частном случае равно) к значению X.

Практическая реализация описанных основных методов преобразования в код для разных физических величин характеризуется различной степенью сложности. Некоторые физические величины весьма просто кодируются одним методом и требуют практически неприемлемых технических решений при кодировании другим методом. Поэтому очень часто измеряемую величину х предварительно преобразуют в другую физическую величину у, которая наиболее просто кодируется выбранным методом. В практике электрических измерений наиболее часто кодируются одним из трех основных указанных методов следующие величины: интервал времени Δ t, частота следования импульсов f, напряжение постоянного тока U.

В ряде случаев одна из легко кодируемых величин преобразуется в другую, например напряжение постоянного тока в интервал времени или частоту. Такой прием, как правило, связан с задачей улучшения какой-либо одной или нескольких технических характеристик

ЦИП. Приведенное в качестве примера преобразование U → Δ t или же U → f позволяет строить приборы, в значительной степени защищенные от влияния внешних помех.

Структура и классификация ЦИП.

Автоматическое преобразование непрерывных входных величин в код выполняют измерительные преобразователи, за которыми в литературе укрепилось название аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Эти преобразователи являются обязательным функциональным узлом любого ЦИП. Другим обязательным узлом ЦИП является цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). Аналого-цифровые преобразователи вырабатывают код, соответствующий значению измеряемой величины, а ЦОУ преобразует кодовые сигналы в цифровые символы десятичной системы, удобные для визуального восприятия.

Отметим, что АЦП применяются также в измерительных, информационных,
управляющих и других системах и выпускаются промышленностью в качестве самостоятель-
ных средств измерения. Такие АЦП имеют обычно на выходе двоичный код и могут быть
значительно более быстродействующими по сравнению с АЦП, применяемыми в ЦИП.

Быстродействие же ЦИП ограничивается инерционностью зрительного восприятия.

Используемые во многих современных ЦИП АЦП способны производить сотни и более преобразований в секунду. Это дает возможность использовать ЦИП в устройствах регистрации быстро протекающих процессов и для сопряжения объекта исследования с ЭВМ.

Многие ЦИП содержат предварительные аналоговые преобразователи (АП), назначением которых является измснение масштаба входной величины x или ее преобразо-вание в другую величину y = f (x), более удобную для выбранного метода кодирования. Структурная схема ЦИП для общего случая показана на рис. 8.24.

X	АП	У= (х)	АЦП	N	ЦОУ

Рисунок 8.24— Структурная схема ЦИП

Многие важные технические характеристики ЦИП, в том числе и метрологические, определяются методом преобразования в код. Поэтому классификация ЦИП по методу аналого-цифрового преобразования относится к числу основных. В ЦИП, предназначенных для измерения электрических величин, параметров электрических сигналов и электрических цепей, применяются лишь только два первых метода — последовательного счета и поразрядного уравновешивания; метод считывания нашел применение лишь В быстродействующих АЦП измерительных информационных систем. В связи с этим различают следующие группы ЦИП: ЦИП последовательного счета и ЦИП поразрядного уравновешивания (кодоимпульсные).

По роду измеряемой величины ЦИП разделяются на вольтметры, частотомеры, омметры, фазометры и т.д. Часто в одном ЦИП предусматривается возможность измерения нескольких электрических величин и ряда параметром электрических цепей. Такие приборы называются комбинированными (мультиметрами). Весьма важным для практики является различие в значениях измеряемой величины; по этому признаку ЦИП подразделяются на приборы, показывающие мгновенное значение, и приборы, показывающие среднее значение за определенный интервал времени (интегрирующие).

По области применения ЦИП подразделяются на лабораторные, системные и щитовые.

В цифровых вольтметрах широкое распространение получили аналого-цифровые преобразователи с двойным интегрированием, т.к. они отличаются хорошим подавлением помех (рис. 8.25). Временная диаграмма, поясняющая принцип действия аналого-цифрового преобразователя по методу двойного интегрирования, приведена на рис. 8.26. При двойном интегрировании измерение осуществляется за два временных такта. Сначала при помощи интегрирующего усилителя измеряемое напряжение преобразуется в пилообразное.

t i

Счетчик и индикатор

tv

Отрицательное

опорное

напряжение

Интегрирующий усилитель

Стробирующая Ц схема

Генератор образцовой частоты

Рисунок 8.25— Структурная схема АЦП с двойным интегрированием

На втором такте при помощи переключателя подключается отрицательное опорное напряжение. Оно разряжает интегрирующий конденсатор С (рис. 8.26). В течение первого такта t _i формируется пилообразное напряжение U _s1 или U _s2, крутизна которого зависит от измеряемого напряжения U _х1 или U _х2. На втором такте t _v происходит разряд интегрирующего конденсатора С и измеряется время разряда t _v1 или t _v2, которое зависит от значения измеряемого напряжения.

А,Такт 1*	Такт	+■!	Uх1
Us1			Uх2
//U 2			t
\ ti \ ч--------------------------------------- ►-!•* !■*	tv2	' tv1

U

Рисунок 8.26— Временные диаграммы АЦП

На рис. 8.27 представлена упрощенная структурная схем цифрового универсального вольтметра.

АЦП

Инди­катор

Входной делитель

и переключатель

измеряемых величин

R I U

Рисунок 6 ‒ Структурная схема цифрового универсального вольтметра

В цифровых универсальных вольтметрах для измерения сигналов переменного тока перед аналого-цифровым преобразователем размещают выпрямитель. Для измерения величины тока в цифровых универсальных вольтметрах используется косвенный метод, заключающийся в измерении падения напряжения на образцовом резисторе с известным значением сопротивления. Величина сопротивления определяется путем пропускания через измеряемое сопротивление известного тока. Падение напряжения измеряется с помощью аналого-цифрового преобразователя по способу компенсации и индицируется в цифровой форме в единицах сопротивления.

Погрешность цифровых приборов с АЦП с двойным интегрированием обычно складывается из погрешности нелинейности пилообразного напряжения, порога срабатывания

компаратора и нецелочисленностью отношения времени пропускания стробирующей системы и длительности импульса кварцевого генератора.

Помимо рассмотренных цифровых приборов для измерений используют цифровые
осциллографы — осциллографы с цифровой регистрацией, запоминанием и обработкой
измеряемого сигнала. В этих приборах аналоговый измерительный сигнал при помощи АЦП
преобразуется в цифровую форму и записывается в запоминающее устройство. Цифровой
осциллограф имеет специальный контроллер, который обеспечивает управление

измерительным процессом и расчет параметров измеряемых сигналов (например, значений переменного тока и параметров импульсов). Конструкция, как правило, отвечает требованиям агрегатирования, благодаря чему этот прибор находит применение в измерительных системах, т. е. через соответствующий интерфейс может быть соединен с внешней ЭВМ.

Основная

1. Курс общей физики: [учебное пособие для вузов]. В 5 кн. Кн. 2: Электричество и
магнетизм / И. В. Савельев. - Москва: Астрель: АСТ, 2008. ‒ 336 с.: ил.

2. Приборы и методы измерения электрических величин: учеб. пособие для втузов/ Э.Г. Атамалян. – М.:Дрофа, 2005. ‒415с.: ил.

3. Электрические измерения физических величин: учеб. Пособие для вузов/ Левшина Е.С., Новицкий П.В. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд‒ние, 1983. ‒ 320 с.: ил.

4. Электрофизические методы и приборы контроля качества продукции: Тексты лекций/ В.Г. Зарапин. - Минск: БГТУ, 2006. ‒130 с.

5. Основы современного электрохимического анализа: Учебное пособие для вузов/ Г.К. Будников, В. Н.Майстренко, М. Р. Вяселев.‒М: Мир: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. ‒592с: ил.

6. Датчиковая аппаратура информационно-измерительных систем: учебное пособие. [В 3-х ч.]. Ч. 1 / Московский государственный университет леса; под ред. Е. Е. Багдатьева и Ю. Н. Чернышова. - Москва: Изд-во Московского государственного университета леса, 2008. ‒ 424 с.: ил.

7. Химические и биологические сенсоры / Эггинс, Брайан.; пер. с англ. М. А. Слинкин с дополнением Т. М. Зимина, В. В. Лучинин. - Москва: Техносфера, 2005.‒336 с: ил.

8. Сенсорный контроль качества пищевых продуктов: учебное пособие для студентов вузов / А. В. Игнатенко. - Минск: БГТУ, 2008. ‒ 190, [2] с.: ил.

Перечень дополнительной литературы

9. Электрофизика/ Мирдель, Георг.; пер. с нем. под ред. В.И. Раховского. - М: Мир,1972. – 608 с.: ил.

10. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов/ Л.П. Павлов. -М.: Высшая школа, 1987.

11. Измерения в электронике: Справочник/ В.А. Кузнецов, В.А. Долгов, В.М. Коневских идр.;Под ред. В.А. Кузнецова.‒М.: Энергоатомиздат,1987. – 512 с.: ил.

Дата добавления: 2014-12-08