R,L,C 272-308 (1066246), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Метод дискретного счета

При методе дискретного счета используют закономерности апериодического процесса, возникающего при подключении за­ряженного конденсатора или катушки индуктивности с проте­кающим в ней током к образцовому резистору. При измерении активного сопротивления применяют процесс разряда образцово­го конденсатора через измеряемый резистор. При этом измерен­ный интервал времени функционально связан с преобразуемым параметром. Преобразователи отличают высокая точность, быст­родействие, линейность функции преобразования, удобная для преобразования в цифровой код видом выходного сигнала.

Схема преобразователя сопротивлений, индуктивностей и емкостей в интервал времени (период меандрового напряжения) показана на рис. 10.8, а.

Рис. 10.8. Преобразователь параметров элементов в интервал времени:

а — схема; б — измерительные цепи; в — временные диаграммы;

ИЦ — измерительная цепь; ОУ — операционный усилитель

Измерительная цепь ИЦ интегрирующего типа с постоян­ной времени τ_х = R₀C_x (или R_xC₀, или L_x/R₀ — рис. 10.8, б) питает­ся выходным напряжением операционного усилителя ОУ, являю­щегося компаратором. Порог его срабатывания задают делителем R­₁ и R₂. Временные диаграммы работы преобразователя парамет­ров элементов приведены на рис. 10.8, в.

При поступлении в момент времени t₀ на ИЦ с выхода ОУ напряжения U_o происходит его интегрирование измерительной цепью. Очевидно, что напряжение на инвертирующем входе ОУ:

, (10.22)

где β = R₂/(R₁ + R₂) — коэффициент передачи цепи положитель­ной ОС.

При достижении этой функцией порогового значения +βU₀ (момент времени t₁) компаратор срабатывает и изменяет на выхо­де знак напряжения U₀ на противоположный. Можно показать, что интервал интегрирования

, (10.23)

На следующем интервале времени T₂= t₂ - t₁ происходит форми­рование развертывающей функции с противоположным знаком про­изводной. Очевидно, что при равенстве значений положительного и отрицательного порогов срабатывания |+βU₀| = |-βU₀|, интервалы Т₁, и Т₂ равны. Период напряжения на выходе ОУ

, (10.24)

Этот интервал измеряют цифровым измерителем интервалов (или частотомером). Результат измерения периода Т_х пропорцио­нален значению определяемого параметра R_x (или С_х или L_x).

На рис. 10.9 показана структурная схема цифрового измери­теля емкости и сопротивления, реализующая метод дискретного счета, а на рис. 10.10 — временные диаграммы к схеме.

Рис. 10.9. Структурная схема цифрового измерителя емкости и сопротивления

Перед измерением ключ Кл (рис. 10.9) устанавливают в по­ложении 1 и конденсатор С_х заряжается через ограничительный резистор R_д до значения стабилизированного источника напряже­ния Е. В момент начала измерения емкости t₁ (рис. 10.10, а) управляющее устройство импульсом управления переключает

Рис. 10.10. Временные диаграммы к рис. 10.9:

а — импульсы управления; б — процесс разряда конденсатора;

в — сигнал на выходе УС; г — сигнал триггера; д — импульсы на входе счетчика

триггер из состояния 0 в состояние 1, очищает предыдущие пока­зания счетчика импульсов и переводит ключ Кл в положение 2. Измеряемый конденсатор С_х начинает разряжаться через образцо­вый резистор R_o6p по экспоненциальному закону (рис. 10.10, б), который описывают уравнением:

, (10.25)

где τ = R_o6pC_x — постоянная времени цепи разряда конденсатора.

В момент времени t₁, единичный импульс напряжения U_T с выхода триггера открывает схему совпадения и счетчик начина­ет счет тактовых импульсов генератора, следующих с некоторой частотой f Напряжение U_C подают на один из входов устройст­ва сравнения, ко второму входу которого подводится напряже­ние с делителя, состоящего из резисторов R₁ и R₂. Это напряже­ние равно

. (10.26)

Сопротивления R₁ и R₂ выбирают такими, чтобы при разряде конденсатора уменьшающееся напряжение U_C по истечении вре­мени τ стало равным напряжению U_R. В момент t₂, когда эти на­пряжения будут равны, на выходе устройства сравнения возника­ет импульс напряжения U_УС, переключающий триггер в исходное состояние, при котором задним фронтом его импульса U_T закры­вается схема совпадения, и счетчик прекращает счет тактовых импульсов (рис. 10.10, б- д).

Поскольку при t = t₂ напряжения U_C = U_R и τ = t₂ - t₁, то

. (10.27)

Таким образом, напряжение U_R, снимаемое с делителя R₁, R₂ имеет определенное значение (U_R = 0,368E), что достигают под­бором сопротивлений резисторов. За интервал времени τ = R_oбрC_x на счетчик поступает число импульсов

N=fτ, (10.28)

где f — частота следования счетных импульсов.

Поскольку τ = R_o6pC_x, то при фиксированных значениях час­тоты f и сопротивления R_o6p

C_x = N/(fR_o6p) = N/K₁. (10.29)

Здесь коэффициент К₁ = fR_o6p.

Согласно (10.29), величина измеряемой емкости прямо про­порциональна числу импульсов N, поступивших на счетчик.

Наличие образцового конденсатора С_обр позволяет аналогич­ным образом измерить сопротивление резистора:

R_x= N/(fC_o6p) = N/K₁, (10.30)

где коэффициент К₂ = fС_обр.

Цифровые измерительные приборы, построенные по методу дискретного счета, получили широкое распространение при из­мерении параметров электрических цепей. К достоинствам мето­да следует отнести достаточно высокую точность измерений. По­грешность измерений цифровым методом составляет 0,1...0,2 % и зависит в основном от нестабильности сопротивлений резисторов R₁, R₂, R_o6p или конденсатора С_обр, нестабильности частоты f генератора счетных импульсов, а также неточности срабатывания устройства сравнения. К недостаткам таких приборов можно от­нести трудность измерения параметров на рабочей частоте.

Измерение параметров элементов методом уравновешивающего преобразования

Наряду с методами прямого преобразования (дискретного счета) в практике используют также методы уравновешивающего преобразования измеряемых значений сопротивления, индуктив­ности и емкости, основанные на сравнении измеряемой величины с образцовой. Сравнение измеряемой величины с образцовой чаще всего осуществляют путем уравновешивания мостовой измери­тельной цепи, в одно из плеч которой включают исследуемый двухполюсник. В смежное плечо моста вводят образцовый эле­мент, представляющий собой набор квантованных образцовых мер, соответствующих весовым коэффициентам разрядов исполь­зуемого цифрового кода. Изменением параметров образцового двухполюсника добиваются равенства нулю напряжения в изме­рительной диагонали.

На рис. 10.11 показана структурная схема цифрового моста постоянного тока уравновешивающего типа для измерения ак­тивного сопротивления резистора или другого элемента с омиче­скими потерями.

Рис. 10.11. Структурная схема цифрового моста постоянного тока уравновешивающего типа

Измеряемый резистор R_x, образцовые резисторы R₁, и R₂ и пре­образователь кода в сопротивление ПКС образуют мост, который питается источником постоянного напряжения ИП. Разбаланс моста фиксируют устройством сравнения УС. Устройство управления УУ анализирует выходной сигнал УС и в зависимости от его знака уве­личивает или уменьшает значение цифрового кода N, выдаваемый на ПКС. Уравновешивание производится до тех пор, пока напряжение в выходной диагонали моста не станет меньше порога чувствительно­сти УС. При этом измеряемое сопротивление

R_x= R₁R_ПКС/R₂ = k_ПКСNR₁/R₂, (10.31)

где R_ПКС — сопротивление ПКС; k_ПКС = R_ПKC/N— коэффициент пре­образования ПКС.

Как следует из формулы (10.31), результат измерения (он фик­сируется ЦОУ) не зависит от напряжения питания. Пределы изме­рения подбирают путем изменения отношения сопротивлений резисторов R₁ и R₂ цепи положительной обратной связи. Цифро­вые мосты постоянного тока уравновешивающего типа обеспечи­вают погрешность измерения параметров около 0,01 % и поэтому их широко применяют для точного измерения активного сопро­тивления резисторов.

Более сложными по структуре построения являются мосты переменного тока, предназначенные для измерений комплексного сопротивления, индуктивности и емкости при определенной фик­сированной частоте (обычно около 1 кГц). Эти мосты выполняют уравновешивание по двум параметрам, т.е. производят раздельное и независимое уравновешивание двух составляющих комплекс­ного сопротивления Z_x.

Цифровые автоматические приборы с микропроцессором

В цифровых автоматических приборах измерения сопротив­лений, индуктивностей и емкостей широко используют методы, связанные с преобразованием измеряемого параметра в напряже­ние или ток, частоту или интервал времени, а также измеритель­ные устройства, построенные на основе мостовых и компенсаци­онных схем. Наибольшее распространение в практике измерений получили цифровые автоматические приборы с микропроцессо­ром, выполненные по схемам с использованием уравновешенных мостов. Уравновешивание моста осуществляют автоматическим регулированием двух органов моста (для каждого из измеряемых параметров).

Характеристики

Список файлов учебной работы