Преобразователь поразрядного кодирования работает не циклами, а непрерывно реагируя на изменение измеряемого напряжения: сумма образцовых напряжений принимает большее или меньшее значение в зависимости от значения измеряемого напряжения. Когда достигается равенство Uвx=åUк. код преобразуется в показание, а состояние прибора остается неизменным до тех пор, пока не изменится значение Uвx.
В этих преобразователях измеряемое напряжение Uвx преобразуется в цифровой код путем последовательного сравнения его с рядом дискретных значений известной величины, изменяющихся по определенному закону.
Упрощенная структурная схема преобразователя поразрядного кодирования и диаграммы, поясняющие процесс сравнения Uвx и Uк и формирование кодового сигнала (рисунок 10)
Рисунок 10 – Структурная схема (а) и временная диаграмма (б)
Принципиальной особенностью такого преобразователя является наличие цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). С его помощью реализуется цифровая отрицательная обратная связь путем преобразования цифрового двоичного кода в аналоговое Uвx. Таким образом, Uк изменяется по двоичной системе счисления. Сравнение Uвx и Uк осуществляется в компараторе. Это сравнение всегда начинается со старшего разряда, подключаемого первым тактовым импульсом УУ. Если при этом Uвx < Uк (рисунок 10 б), то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульса подключает в ЦАП напряжение очередного разряда Uк. Одновременно с этим УУ формирует двоичный код для ОУ и в данном случае в нем запоминается единица. Если теперь Uвx > Uк, срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое в свою очередь снимает в ЦАП напряжение этого разряда. Разряд пропускается, а в УУ запоминается 0. Далее очередным тактовым импульсом подключается напряжение следующего за пропущенным разряда и т.д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов Uк. Полученный код подается на ОУ, где он преобразуется и результат измерения воспроизводится в цифровой форме в виде десятичного числа.
Данные преобразователи обладают высокой точностью и быстродействием.
Датчики
Мы рассмотрели примеры цифровых приборов на примере цифровых вольтметров. Таким образом, можно измерять любую электрическую величину. Но для неэлектрических величин необходимо преобразовать неэлектрическую величину в электрическую, а затем аналоговый электрический сигнал измерить цифровым вольтметром. При этом измеренное напряжение будет пропорционально измеряемой неэлектрической величине.
Преобразователи неэлектрических величин в электрическую величину называются датчиками.
Основные виды датчиков:
Реостатные преобразователи. Работают на изменении сопротивления реостата, движок которого перемещается под воздействием измеряемой неэлектрической величины.
Проволочные преобразователи (тензосопротивления). Их работа основана на изменении сопротивления проволоки при ее деформации.
Термопреобразователи (терморезисторы, термосопротивления, термопары). В них изменяется сопротивление датчика под воздействием температуры, или основаны на возникновении термо ЭДС и ее зависимости от температуры.
Индуктивные преобразователи. В них при изменении положения разъемных частей магнитопровода (например, под действием силы, давления, линейного перемещения) меняется индуктивность катушки.
Емкостные преобразователи. Могут быть использованы в качестве датчиков перемещения, влажности, химсостава воздуха и др.
Фотоэлектрические преобразователи. В них измерительный прибор реагирует на изменение освещенности, температура, перемещения и др.
Индукционные преобразователи. Работают на принципе преобразования неэлектрической величины (например, скорости, ускорения) в индуктированную ЭДС.
Пьезоэлектрические преобразователи. Работают на принципе возникновения ЭДС при воздействии усилий на кристаллы некоторых материалов.
В зависимости от принципа действия датчики можно разделить на две большие группы: датчики параметрические и датчики генераторные.
Датчики параметрической группы характеризуются тем, что измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в параметр электрической цепи: сопротивление, индуктивность, взаимную индуктивность, емкость. Для обеспечения нормальной работоспособности таких датчиков необходимы вспомогательные источники электрической энергии.
Генераторные датчики характеризуются тем, что в них осуществляется преобразование различных видов энергии в электрическую (генерирование электрической энергии под воздействием измеряемой неэлектрической величины).
По виду входных (измеряемых) величин датчики обычно разделяют на следующие группы:
1. Датчики перемещений.
2. Датчики усилий.
3. Датчики момента вращения.
4. Датчики размеров.
5. Датчики уровня.
6. Датчики скорости.
7. Датчики ускорения.
8. Датчики параметров вибраций.
9. Датчики давления и расхода.
10. Датчики температуры.
11. Датчики влажности.
12. Датчики для анализа состава вещества.
В пределах каждой группы возможно и дальнейшее разделение датчиков. Например, можно различать датчики линейного и углового перемещения, датчики высоких и низких температур и т.д.
Список литературы
1. Шевчук В. П., Капля В. И., Желтоногов А. П., Лясин Д. Н. Метрология интеллектуальных измерительных систем. под ред. Академика метрологической академии России, профессора Шевчука В.П. - Волгоград: ВолгГТУ, 2005. - 210 c.
2. Архипов А.В., Берновский Ю.Н., Зекунов А.Г., Зубков Ю.П., Мишин В.М., Новиков В.А., Панов В.П. Основы стандартизации, метрологии и сертификации: учебник для студентов вузов, обучающихся по направлениям стандартизации, сертификации и метрологии (200400), экономики (080100) и управления (080500). под ред. Мишина В.М. - Москва: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. - 447 с.
4. Никифоров А.Д., Бакиев Т.А. Метрология, стандартизация и сертификация 3-е изд., испр. - Москва: Высшая школа, 2005. - 422 с.
5. Схиртладзе А.Г., Радкевич Я.М. Метрология, стандартизация и сертификация. - Старый Оскол: ТНТ, 2010. - 540 с.
6. Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения Учебник для вузов. под ред. Сигова А.С. - Москва: Дашков и К, 2008. - 624 с.
Учебное пособие
Алексей Александрович Силаев
Елена Юрьевна Силаева
Физические основы измерений
Методические указания
План электронных изданий 2014 г. Поз. № 16В
Подписано на « Выпуск в свет» 20.06.14. Уч-изд. л. 1,08.
На магнитоносителе.
Волгоградский государственный технический университет.
400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 259.
