Измерительные преобразователи физ. величин.

Общие понятия. Согласно ГОСТ 16263-70 ИП – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерит. информации в форме удобной для передачи дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающиеся непосредственному восприятию наблюдателя. Измерительный прибор в отличии от ИП вырабатывает сигнал в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателя.

Преобразование одной и той же физ. величины может осуществляться различными по принципу действия ИП. ИП, обеспечивающие осуществление всех заданных преобразований с целью получения конечного результата составляют измерительную цепь.

В такую цепь помимо ИП входят различные измерительные средства. Первый в измерит. цепи преобразователь, на который поступает физ.величина от объекта называется первичным ИП (датчик). Следующие за первым ИП называется промежуточным. Последний в изм. цепи называется передающим.

В автоматических СИ и контроля сигнал преобразователя используют для ввода в вычислительное устройство. поэтому в большинстве случаев этот сигнал должен иметь цифровую форму.

погрешность автоматич. средства измерения определяется погрешностями, вносимыми каждым измерит. преобразователем.

Электрическое сопряжение измерительных преобразователей работающих по методу статического уравновешивания.

Рассмотрим измерит цепь с термообразующим ИП, работающего по принципу статического уравновешивания.

 

 

ЭС - элемент сравнения

У – усилитель с коэффициентом усиления К

ОП – цепь обратного преобразования с коэффициентом передачи β.

Rт – терморезистор

q - температура

Uβ – уравновешивающее напряжение

DU – сигнал рассогласования

Н – нагревательный элемент

В качестве ЭС используется мостовая схема пост. тока с одним активным плечом. Особенность данной схемы – постоянство тепловой энергии, рассеиваемой на терморезисторе. Если К достаточно велик, то крайне мал и мостовая схема всегда работает в режиме близком к равновесному, а Rт практически равно R0.

постоянство значения Rт возможно в том случае, если сумма тепловых энергий от q и Uβ также будет постоянной. При изменениях q это постоянство возможно только в результате соответствующего изменения сигнала обратной связи Uβ. Относительное значение сигнала рассогласования определяется ч/з коэффициенты К и β.

Если сигнал рассогласования DU не равен 0, то ИП работает по методу статистического уравновешивания.

Особое преимущество ИП уравновешивания по сравнению с Ип прямого преобразования при использовании в автоматических системах заключается в том, что процесс уравновешивания может осуществляться путем введения в схему программно-управляемых средств (ЭВМ, контроллеры). Программно-управляемый процесс позволяет значительно улучшить метрологические характеристики измерительного устройства.

 

ЦАП и АЦП. Основные понятия.

ЦАП – это устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал (напряжение или ток) пропорциональный входному цифровому сигналу. При этом значение цифрового сигнала зависит от значения опорного напряжения, определяющего полную шкалу выходного сигнала.

АЦП – это устройство, преобразующее аналоговый сигнал на выходе в цифровой код на входе. Цифровой код определяется отношением преобразуемого аналогового сигнала к опорному напряжению. АЦП можно рассматривать как измеритель отношений или делитель напряжений с цифровым кодом.

Разрешающая способность ЦАП и АЦП

Разрешающая способность (D) – определяет число дискретных значений выходного сигнала преобразователя, составляющих его предел преобразования. Чем больше дискретных значений, тем выше разрешающая способность. Двоичный N-разрядный преобразователь имеет 2ⁿ дискретных значений, а его разрешающая способность 1/2ⁿ

Нелинейность ЦАП и АЦП

Нелинейность (Dл(х))- характеризуется отклонением значений реальной функции преобразования от прямой.

 

Значение Dл(х) зависит от метода линеаризации.

Дифференциальная нелинейность определяется отклонением приращения вых. сигнала преобразователя от номинального значения младшего разряда при последовательном изменении значений кодового вых. сигнала на единицу. Допускаемым значение дифференциальной нелинейности является ±1/2D, где - значение младшего разряда преобразователя. Относительная дифференциальная нелинейность вычисляется по формуле:

, где - напряжение полной шкалы

Dф – фактическое приращение вх. сигнала при изменении двоичного числа на 1.

 

Монотонность и коэффициент преобразования ЦАП и АЦП