Измерительные комплексы и системы

АЦП подобного типа обладают высоким быстродействием, однако способны накапливать ошибки (сбои) преобразования.

Временная диаграмма АЦП следящего уравновешивания приведена на рис. 13.

АЦП считывания отличается тем, что измеряемая величина S ( t ) сравнивается сразу со всем набором образцовых уровней квантования S_i, i = 1,…т. Результат отсчета S_ОТС принимается равным S_i , S_i _-1 или (S_i + S_i _-1) / 2 в зависимости от принятого правила распознавания. Здесь S_i и S_i _-1— две смежные по уровню образцовые меры (S_i- S_i _-1 = Δ S), результаты сравнения с которыми измеряемой величины S(t) принимают значения (α _i= 0 и α _i _-1= 1 при S_i ≥ S(t) > S_i _-1.

Рис. 13. Диаграмма следящего уравновешивания

Схема АЦП считывания представлена на рис. 14. Преобразование в таких АЦП осуществляется за один такт. Практическое применение АЦП считывания связано с проблемой обеспечения стабильности большого числа образцовых уровней квантования S_i.

Рис. 14. Схема АЦП считывания

Частота преобразования этих АЦП достигает 100 — 200 МГц. Однако точность их составляет 0,5 — 1% и зависит от числа образцовых мер.

Аналого-цифровые преобразователи, используемые в АСИ, выполняются в виде приборов — цифровых вольтметров, мультиметров, частотомеров и модулей.

Свойства некоторых из АЦП в модульном и приборном исполнении приведены в табл. 3.

Устройство управления (УУ) измерительной системы (канала) обеспечивает взаимодействие отдельных элементов, задание режима опроса датчиков, установление диапазонов измерений, задержек на устранение переходных процессов, сопряжение с внешними системами.

Различают УУ с жёсткой и гибкой (программируемые УУ) программой работы, а также комбинированные УУ. В современных АСИ все большее распространение получают микропроцессорные УУ.

В качестве самостоятельных или объединённых с другими элементами в АСИ могут входить времязадающие устройства (таймеры) и блоки буферной памяти. Последние служат целям согласования скорости работы измерительных трактов и систем передачи или обработки данных.

Самостоятельную группу цифровых преобразователей образуют так называемые цифро-аналоговые преобразователи(ЦАП), в которых входной сигнал представлен в цифровой форме, а выходной — в аналоговой. В измерительных системах ЦАП используются как генераторы образцовых сигналов АЦП и устройств встроенного контроля (калибраторов) измерительных трактов, а также в качестве средств выдачи унифицированных электрических и иной физической природы сигналов, используемых напрямую или с промежуточным преобразованием для управления исполнительными механизмами объектов управления и испытания или средств отображения и регистрации информации самих измерительных систем.

Вход ЦАП — цифра (код) представляется в двоичной, двоично-десятичной, десятичной, восьмеричной форме или в виде последовательности импульсов, число которых задает значение кода (цифры N). Выходы ЦАП представляют собой напряжения (токи), временные интервалы, частоту X_N.

Уравнение преобразования ЦАП имеет вид:

X_N= β·N + Х₀,

где: N — числовое значение кода; β — коэффициент преобразования;

X_N — выходная величина, а Х₀ — её постоянная составляющая (например, минимальное или максимальное значение X_N).

Таблица 3

ХАРАКТЕРИСТИКИ АЦП

Тип прибора-модуля	Измеряемая величина						Время измерения	Тип интерфейса	Число каналов
	Напряжение		Ток		Сопротивление
	Диапазон измерений, В	Погрешность	Диапазон измерений, А	Погрешность	Диапазон измерений, Ом	Погрешность
Щ 1612	10^-3- 10³	0,001-0,005	—	—	—	—	2000 мс	КОП	—
Щ 68014	10^-7- 10³	0,001-0,005	10^-3- 1	0,02-0,005	10^-6 - 10⁷	0,02 - 0,005	40-250 мс	—	—
Ф 4881	±1	0,003-0,02	—	—	—	—	100 мкс	КОП	—
Щ 300	10^-6- 10³	0,05-0,02	10^-7- 1	0,1-0,02	10²- 10¹²	0,1 - 0,002	0,04 - 4 с	—	—
АЦП-П	+5	—	—	—	—	—	100 мс	КАМАС	32
ФК-71/1	±10	—	—	—	—	—	0,08 мс	КАМАС	2
ФК-4809	±5	—	—	—	—	—	0,01 мс	КАМАС	2
АЦП-И	0 - 0,05	—	—	—	—	—	40 мс	КАМАС	16
МВВ А1	±5	—	—	—	—	—	0,08 мс	И 41	32
MBA	0 - 10	0,002	—	—	—	—	0,01 мс	И 41	4
Ф 7247	0 - 10	—	—	—	—	—	0,04 мс	И 41	1

Принцип работы ЦАП заключается в суммировании ряда однородных, взвешенных по определенному закону, физических величин либо в делении некоторой эталонной физической величины на коэффициент, соответствующий входному коду.

В современных системах применяют преобразователи кодов в разнообразные физические величины (обычно электрические): ток, напряжение, сопротивление, проводимость, длительность импульса, период, фазу, частоту и т.п. ЦАП могут работать по принципу прямого преобразования кода в аналоговую величину либо с использованием промежуточного преобразования.

Подавляющее большинство современных ЦАП преобразует входной n-разрядный двоичный код в сумму эталонных разрядных токов I_i, с весовыми коэффициентами 2 ⁱ с последующим преобразованием суммы токов в выходное напряжение U_вых посредством операционного усилителя (ОУ).

Весовой коэффициент параметра – это числовой коэффициент, отражающий значимость, относительную важность, «вес» данного показателя в сравнении с другими показателями, оказывающими влияние на изучаемый процесс.

Используются также ЦАП, в которых применяются делители напряжения. Они представляют собой резисторные сетки сопротивлений, управляемые ключами по сигналам, соответствующим значению кода.

На рис. 15 показана резисторная сетка двоичного кода, в которой подключение i-й разрядной цепи формирует выходное напряжение U_i.

Рис. 15. Резисторная сетка двоичного кода

Аналогичная сетка для двоично-десятичного кода приведена на рис. 16. Погрешность ЦАП c весовыми резисторами не превышает десятых долей процента.

Рис. 16. Резисторная сетка двоично-десятичного кода

Весовые резисторы – это резисторы, сопротивление каждого из которых (их “вес”), соответствует “весу” цифрового кода, так же, как и точность исполнения. Наименее точные - резисторы младших разрядов, наиболее точные – старших. В производстве вес резистора уточняют лазерной подгонкой.

Другой тип ЦАП — так называемые время-импульсные преобразователи, в которых цифровой код на входе преобразуется в пропорциональное ему среднее значение напряжения на выходе. Выходные сигналы имеют форму импульсов постоянной частоты 1/T амплитуды U ₀, но их длительность τ пропорциональна значению кода N. Погрешность таких ЦАП составляет 0,1 — 0,3%.

Измерительные комплексы и системы

Тенденции дальнейшего развития, стандартизации и унификации измерительной аппаратуры заключаются прежде всего в переходе на агрегатно-модульные принципы построения измерительной аппаратуры, обеспечении аппаратной, метрологической и программной совместимости средств измерений, возможности быстрого изменения и наращивания структур и информационной мощности приборов и систем. При этом усилия направляются как на создание комплексов и систем, так и на разработку «интеллектуальных» приборов с повышенными показателями качества и метрологическими характеристиками.

В иерархии существующего и разрабатываемого оборудования основными ступенями являются модули, частичные блоки, блоки, приборы, измерительные комплексы, субкомплексы, измерительныесистемы и измерительно-вычислительные комплексы.

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 250; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!