Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [ 95 ] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

~1,т

й. УС ЦА \

Сдвоенные iumi ЧРиксированный интервал

времени Tq

Рис. 7.46. Интегрирующий развертывающий преобразователь напряжения в частоту с многоступенчатым разрядом.

показан на рис, 7.46. Перед подключением Их, т. е. при Vx- О- и /а:= О, в ПНЧ автоматически устанавливается на выходе интегратора напряжение Uk, равное напряжению t/, подаваемому на второй вход УС. При этом ключ SW\ периодически замыкается и размыкается на время То и на вход интегратора последовательно подаются одинаковые, порции заряда чередующейся полярности. При этом тактовые импульсы на входы реверсивного счетчика не поступают. При подаче на вход инте!ратора тока происходит цикл заряда током lx-т-К ние Т „ А затем цикл разряда током 1 - 1 о- В конце цикла разряда напряжение остается больше напряжения U-. При этом УС подает команду на повторный цикл заряда, замыкая снова ключ SW\, и подает на вход реверсивного счетчика счетный импульс. Затем в течение нескольких ступеней п, в которых чередуется заряд током /, + /„ и разряд током 1х - /р. заряд конденсатора, полученный в течение начальной сдвоенной ступени, компенсируется, и снова повторяется сдвоенный заряд. Работа преобразователя описывается следующим уравнением

2 /о) 7-., - [мТо + /о) + пТо {1х - /о)1.

откуда

/, = /„/(п-1).

Частоту сдвоенных циклов за время Тц обозначим /. Тогда

/=1/(п-1)Т„.

Подставляя значение (п - 1) из уравнения (7.55) получим основное уравнение преобразователя / = /д/2/оТо.

Основное уравнение прибора с таким ИЧП в течение времени измерения Т

Основные преимущества преобразователя с многоступенчатым разрядом по сравнению с преобразователем двойного интегрирования заключаются в следующем:

возможно практически любое увеличение длительности цикла измерения Тц-,

удобно синхронизировать с другими устройствами, так как время измерения неизменно и равно Тц;

обеспечивается преобразование напряжения обеих полярностей;



уменьшается погрешность от потерь в конденсаторе интегратора и поэтому можно использовать конденсатор более низкой стоимости;

имеется возможность выбора меньшей постоянной времени и, следовательно, меньшей емкости конденсатора интегратора.

Основные особенности измерительных частотных и временных преобразователей и технические требования к ним

Измерительные частотные и временные преобразователи характеризуются: высокой точностью и широким динамическим диапазоном; удобством передачи на расстояние выходной величины без искажений; удобством цифрового измерения выходной величины и ее интегрирования; возможностью значительного снижения влияния помех (п.8.6); вход ИЧП обычно легко полностью изолировать от выхода,, благодаря чему обеспечивается больитая помехозащищенность.

Частотные и временные ИП часто применяются в ИИС для выполнения различных измерительных задач, например, суммирования результатов при измерении энергии, расходов, среднего пути по скорости или умножения результатов. Для этого необходимо правильно выбрать определенный тип ИП для более точного выполнения измерительной задачи. Рекомендуется сравнение ИП по усредненной вдоль диапазона абсолютной или относительной погрешности [20].

Принимая во внимание, что АЦП с ИП Х- fx к ХТх чаще применяются для реализации суммирования результатов измерения, сравним АЦП с частотными и временными ИП по значению средней по диапазону абсолютной погрешности. Для АЦП с частотным и временньш ИП текущее вдоль диапазона значение Ас составляет:

Ае = Аа -f бмХ = Ак-f б„Х = -f б„Х.

Примем, что основным источником погрешности являются медленные отклонения фронтов импульсов, не превышающие Ат; = = 20- 10-«с.

Для АЦП с частотным ИП Xf

Ас - T,xJT,+ А,Х/Т,„ = Хн/Гц/, -f А,/,„Х,

где Гц - длительность цикла; f = Т - выходная частота частотного ИП при X = л-„.

. Значение Ас минимально при оптимальном значении Тх, которое определяют после дифференцирования уравнения (7.56) по Тх и приравнивания результата нулю, тогда

Т, =КА.ТцХ/х„,

"опт

принимая Х/Хн = 0,5, получим

= ]/АДУ2.

"опт

Если принять А., = 20 • 10-" С и Гц = 40 • IQ-C, то

Т.опт = 10 10- С или « 60 кГц.

10* 291



Среднее по диапазону Ас при равномерном р(х).(п. 6.3) Принимая Хн = 100 % и Т = Т получим

Для АЦП с временным ИП ХТ

Л, = ТоХТ + АХ/Т.

. Для минимизации А в данном случае период квантующих импульсов принимают Tf, = Дг. тогда

Среднее по диапазону Ас при равномерном р{х)

Дс == АгХн/Тц + ДгХн/2Тц.

При принятых ранее значениях А, х и Тц

Дс„,„ =0.0001 о/„.

Следовательно, АЦП с ИП X Тх при соблюдении условий минимизации обладает примерно в 1000 раз меньшей средней по диапазону абсолютной погрешностью, что в АЦП с ИП X-fx- Этим объясняется, в частности то, что.в электронных счетчиках электрической энергии .преимущественное распространение получили преобразователи Х-Тх-

ИЧП удобно использовать вместе с цифровым частотомером. В этом случае для измерения многих величин достаточно иметь один цифровой частотомер с набором точных ИЧП.

. Пределы изменения входных сигналов выбираются согласно ГОСТ 9895-78 для токов 5 мА, 20 мА, 100 мА; для постоянного напряжения 10 мВ, 50 мВ, 100 мВ, 1 В, 10 В пределы изменения выходных сигналов при зависимости

f==h + {X-X,)AUIAX выбираются из табл. 32.

Таблица 32. Пределы изменения выходных сигналов преобразователей напряжения н тока в частоту

Начальные значения частоты, fo, Гц

Диапазоны изменения частоты А/д, Гц

1000

2000

4000

8000

500*

1000*

1000

250

1000*

2000*

2000

1000

2000*

4000*

4000

1000

2000

4000*

• 8000*

8000

1000

2000

4000

8000*





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 [ 95 ] 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166