Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Нормирующие преобразователи

Читайте также:
  1. Емкостные преобразователи
  2. Емкостные преобразователи перемещений
  3. Измерительные преобразователи компенсационного типа
  4. Измерительные преобразователи переменного тока
  5. ИНДУКТИВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
  6. Индуктивные преобразователи
  7. Магнитоупругие преобразователи
  8. Масштабирующие преобразователи тока и напряжения на операционных усилителях
  9. Масштабные преобразователи (продолжение).
  10. Первичные преобразователи (датчики)
  11. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА

 

На сегодняшний день одной из основных задач, решаемых электронными устройствами, является измерение различных физических величин. Основа любого электронного измерительного устройства – первичный преобразователь, датчик, преобразующий измеряемую величину в величину электрической природы: напряжение, электрический ток, фазу или частоту. Но величина напряжения или тока на выходе датчика редко бывает пригодна для прямого включения измерительного механизма в цепь датчика. В этом случае между датчиком и измерительной цепью включаются специальные устройства – нормирующие измерительные преобразователи. Назначение нормирующих измерительных преобразователей – преобразование сигнала на выходе датчика таким образом, чтобы привести диапазон изменения этого сигнала к полному диапазону входных сигналов измерительного элемента.

Все нормирующие измерительные преобразователи делятся по конструктивному исполнению и функциональному назначению на несколько групп:

- прецизионные делители токов и напряжений

- измерительные усилители

- преобразователи из одной величины в другую: ток в напряжение, напряжение в частоту, сдвиг фаз в число импульсов…

- преобразователи переменного напряжения в постоянное

- аналого-цифровые преобразователи

Наиболее часто для преобразования сигнала с датчика используются нормирующие усилители, т.к. датчики чаще всего имеют аналоговый выход по напряжению, и напряжение на выходе имеет недостаточно большую величину. Если же напряжение или ток слишком велики, то применяют прецизионные делители, уменьшающие эти величины в строго заданное число раз. Преобразователи из одной величины в другую используются, когда информативная составляющая сигнала датчика не совпадает с величиной, воспринимаемой измерительным элементом устройства, или не подходит для передачи на большие расстояния. Преобразователи переменного напряжения в постоянное применяются при переменном входном сигнале, информативной составляющей которого является напряжение или ток.

Наиболее простыми по конструктивному исполнению нормирующими преобразователями являются делители токов и напряжений – масштабные преобразователи, уменьшающие входной сигнал в строго заданное число раз. Применяются делители в тех случаях, когда входной сигнал имеет слишком большую величину для подачи на измерительный элемент или необходимо дискретно переключать пределы измерения. В качестве переключателя пределов обычно используют аттенюатор – делитель с постоянным входным и выходным сопротивлением. Кроме того входной делитель напряжения часто выступает в роли преобразователя импеданса, если к измерительному устройству предъявляются требования по минимальному входному сопротивлению. В этом случае делитель выполняется высокоомным.



Из–за сложности конструирования многопредельных входных высокоомных делителей и необходимости получения требуемого входного сопротивления и точности измерения входной блок измерительного устройства снабжен входным одноступенчатым делителем, повторителем и многоступенчатым низкоомным делителем – аттенюатором.

 

 

При работе делителя из активных сопротивлений на переменном токе коэффициент деления зависит от частоты в результате шунтирования сопротивлений паразитными емкостями. Для устранения этой зависимости необходимо осуществить частотную коррекцию путем шунтирования сопротивлений делителя емкостями С1 и С2. При этом

,

где ,

Cn – входная емкость повторителя.

Емкость конденсатора С1 в основном будет определять входную емкость измерительной цепи.

Один из конденсаторов (обычно С1 ) выбирается построечным, что облегчает настройку делителя. Иногда во входной делитель последовательно с резисторами включают катушки индуктивности с целью стабилизации коэффициента деления на больших частотах.

Делители тока и напряжения способны уменьшать подаваемый на них сигнал в заданное число раз, но на практике чаще бывает необходимо увеличить амплитуду сигнала. Для этого применяется другая группа масштабных преобразователей – усилители.

Нормирующие усилители электрических сигналов, имеющие точное нормированное значение коэффициента усиления, называют масштабными (масштабирующими). Иногда в их составе выделяют измерительные и электрометрические усилители.

Измерительные усилители относятся к числу прецизионных. Значения их параметров нормированы и в диапазоне рабочих частот и температур не выходят за пределы, оговоренные в технических условиях. Эти усилители применяют для масштабирования измерительных сигналов в системах получения и обработки информации.

На сегодняшний день подавляющее число нормирующих усилителей выполняется на операционных усилителях в интегральном исполнении. Большое количество различных по своим характеристикам прецизионных операционных усилителей позволяет подобрать подходящий усилитель для решения подавляющего большинства задач.

Основная задача нормирующих масштабных усилителей – усиление сигнала без внесения помех и искажений. Искажения при усилении напрямую зависят от амплитудно-частотной характеристики усилителя и глубины его обратной связи. Частотные искажения возникают, если на какой-то частоте заданный коэффициент усиления усилителя превышает максимальный коэффициент усиления, заданный амплитудно-частотной характеристикой этого усилителя. Для минимизации частотных искажений вместо одного усилителя в цепь включают несколько, при этом коэффициент усиления равномерно распределяется между всеми усилителями, и его достижение становится возможным в более широкой полосе частот.

Усилители с преобразованием спектра сигнала (МДМ - усилители) состоят из входного и выходного низкочастотных фильтров, модулятора, усилителя переменного напряжения, демодулятора, генератора. Входной сигнал модулируется модулятором, который управляется генератором. Напряжение смещения нуля накладывается на модулированный сигнал, и при демодуляции в одном полупериоде увеличивают выходной сигнал, в другом уменьшают его на одну и ту же величину, в результате чего после сглаживания восстановленного сигнала на ФНЧ изменение сигнала в результате смещения стремится к нулю.

Структурная схема МДМ – усилителя:

 

Нормирующие преобразователи, преобразующие одну электрическую величину в другую: источники тока, управляемые напряжением, источники напряжения, управляемые током, преобразователи частота – напряжение, генераторы, управляемые напряжением. Выполняются на дискретных элементах или на микросхемах операционных усилителей с элементами обвязки. Преобразователь частота-напряжение представляет собой управляемый моновибратор, на выходе которого включена интегрирующая цепочка:

 

 

U – измеритель, ФПИ – формирователь прямоугольных импульсов. На вход ФПИ поступает напряжение с частотой fy. Длительность импульсов должна быть достаточной для полной зарядки. При появлении импульсов на выходе ФПИ, С заряжается через диод VD1 (через mA тока нет, так как VD2 – закрыт). В течении паузы между импульсами С разряжается через VD2. Среднее значение тока через измеритель: I=C∙U∙f. С1 служит для сглаживания пульсаций и устранения колебаний напряжения.

Нормирующие преобразователи переменного напряжения в постоянное применяются для измерения параметров переменного напряжения:

- преобразователи действующего значения – для измерения действующего значения напряжения

- преобразователи средневыпрямленного значения – для измерения среднего (интегрального) значения напряжения

- преобразователи амплитудного значения – для измерения абсолютного максимального значения напряжения

Преобразователи переменного напряжения в постоянное выполняются на дискретных элементах (пассивные) или на микросхемах операционных усилителей (активные). Пример схем активного преобразователя (преобразователь амплитудного значения):

 

Наряду с аналоговыми нормирующими измерительными преобразователями в течение многих лет для нормирования сигналов используются аналого-цифровые преобразователи. Наиболее часто используются АЦП, основывающиеся на двух архитектурах: АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания) и ΣΔ АЦП (сигма-дельта-АЦП). Основные параметры современных АЦП:

АЦП последовательного приближения:

- разрешение до 16 разрядов

- время преобразования 30 – 300 нс.

ΣΔ АЦП:

- Разрешение до 24 разрядов

- время преобразования до 20 мкс.

- высокая дифференциальная линейность.

Следящие АЦП практически используется в основном для датчиков на СКВТ, АЦП считывания непригодны для нормирования сигналов.

АЦП последовательного приближения используют регистр последовательного приближения в качестве устройства хранения кода и управления ЦАП. Структура АЦП последовательного приближения:

 

 

В схему АЦП включено устройство выборки – хранения с целью предотвратить изменение сигнала на входе компаратора, что может привести к неадекватному преобразованию сигнала в код. К ЦАП подключается высокостабильный источник опорного напряжения, в результате чего АЦП и становится нормирующим.

Сигма-дельта аналого-цифровые преобразователи (ΣΔ АЦП) – одна из наиболее перспективных разработок в области АЦП. Особенность их работы – сильно избыточная дискретизация с частотой на 1 – 2 порядка большей, чем это необходимо по Котельникову. Входной сигнал складывается со знакопеременным напряжением, поступающим с модулятора. Интегратор генерирует на выходе пилообразное напряжение переменной полярности, компаратор, стробируемый генератором выборки, выдает на вход знакопеременного модулятора последовательность знаков напряжения на интеграторе( 1- “+”, 0- “– ” ); эта же последовательность попадает на цифровой ФНЧ, в состав которого включена схема пропускания, стробируемая частотой дискретизации, поделенной на n (обычно n выбирают из ряда 8, 10,12,16,20,32.). Код на выходе блока цифрового фильтра является выходным кодом АЦП.

 

Структурная схема простейшего ΣΔ АЦП:

На сегодняшний день ΣΔ АЦП является единственной структурой измерительного преобразователя, обеспечивающей погрешность измерения порядка . Точность нормирования сигнала в этом случае зависит в основном от стабильности опорных напряжений и нечувствительности компаратора.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Мостовая цепь с четырьмя рабочими плечами | Измерительные преобразователи компенсационного типа

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 2818; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2019) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.004 сек.