LCT_MES4 (552036), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Счетчик накапливает прошедшие сквозь ключ импульсы в количестве и тем самым формирует код, двоичный или десятичный - в зависимости от его устройства. Двоичный код передается затем в выходной регистр и далее через устройства интерфейса, снабженные гальванической развязкой, - в компьютер.

Поскольку в данном АЦП измерение выполняется посредством счета импульсов, неизбежна абсолютная погрешность измерения, равная одному импульсу. Относительное значение этой погрешности равно отношению периода измеряемой частоты к времени измерения , то есть .

Если при этом во время измерения измеряемая частота изменялась, то результатом измерения будет среднее значение частоты за это время.

В конечном итоге погрешность подобного АЦП вызывается следующими причинами:

- нестабильностью частоты генератора , задающего время измерений,

- соотношением между измеряемой частотой и временем измерения .

Для таких АЦП нормируется основная относительная погрешность пределом допускаемых значений:

,

где - относительная погрешность (нестабильность) частоты .

Динамической характеристикой АЦП "частота - код" является время измерения. Погрешность датирования отсчетов подобных АЦП не превышает времени измерения.

6.2.4. АЦП “интервал времени - код”

АЦП данного типа применяются для преобразования в код интервала времени между двумя импульсами или длительности импульсов. В том числе подобные АЦП могут использоваться для преобразования в код периода периодического сигнала с дальнейшим вычислением частоты этого сигнала, как величины, обратной периоду. Такое преобразование занимает гораздо меньше времени, чем преобразование частоты в код, описанное выше в п. 6.2.3. Принцип действия подобного АЦП показан на рис. 49.

В моменты начала и окончания интервала времени, подлежащего измерению, формирователь вырабатывает импульсы, которые поступают на вход триггера, открывающего ключ на время . За это время ключ пропускает на счетчик импульсов от делителя стабильной частоты, и в этом счетчике формируется код, который затем передается в выходной регистр и далее через интерфейсное сопряжение и гальваническую развязку - в компьютер.

Происхождение погрешностей этого АЦП то же, что и в п. 6.2.3. Абсолютная погрешность счета импульсов частоты, заполняющей измеряемый интервал, равна одному импульсу. Относительная погрешность равна отношению периода частоты интервалу времени , то есть . Поэтому для таких АЦП нормируется основная относительная погрешность:

.

Длительность цикла преобразования такого АЦП равна длительности измеряемого интервала времени, и погрешность датирования отсчетов ее не превышает. В этом отношении применение подобных АЦП для измерения частоты путем измерения периода предпочтительнее, чем применение АЦП "частота - код".

6.2.5. Интегрирующие АЦП

Интегрирующие АЦП предназначены для преобразования в код медленно меняющегося напряжения с подавлением помех от сети питания. С этой целью первым действием таких АЦП является интегрирование входного напряжения в течение целого количества периодов помехи. В это время на вход интегратора подается измеряемое напряжение (см. рис.50). Если запуск АЦП состоялся в момент времени , то момент окончания интегрирования есть , где T - период напряжения помехи.

Поскольку частота напряжения сети незначительно колеблется относительно 50 Гц, и АЦП питаются от сети, моменты начала и конца интегрирования синхронизируются от сети, и поэтому время интегрирования в точности равно целому числу периодов напряжения сети: .

В момент окончания интегрирования входные цепи интегратора переключаются так, чтобы на его вход вместо измеряемого напряжения поступило стабилизированное напряжение с противоположным знаком (что условно показано на рис.50). Начиная с этого момента, из напряжения , полученного в результате интегрирования, начинает вычитаться линейное напряжение, которое является продуктом интегрирования постоянного стабилизированного напряжения . Компаратор фиксирует момент времени конца интегрирования входного напряжения и момент времени , когда суммарное напряжение оказывается равным нулю. В результате интервал времени оказывается прямо пропорциональным интегралу от входного напряжения, вычисленному за предыдущий интервал времени. Если за это время напряжение , свободное от помехи, не изменялось, то этот интеграл в свою очередь прямо пропорционален измеряемому напряжению и равен n×T× . Поэтому интервал времени прямо пропорционален напряжению , и в конечном итоге для завершения преобразования остается лишь перевести этот интервал времени в код, предусмотрев умножение на коэффициент пропорциональности. Это делается за счет подбора частоты , которой заполняется интервал времени .

По окончании описанных процедур устройство управления формирует сигнал, разрешающий чтение результата из выходного регистра АЦП.

Из принципа действия интегрирующего АЦП следует, что минимальное время преобразования не может быть меньше 40 мс. Предельно достижимая погрешность подобных АЦП достигает 0.001% и лучше.

Основная погрешность таких АЦП нормируется пределом допускаемой относительной погрешности, выраженным двучленной формулой.

Основная область применения интегрирующих АЦП - создание на их основе цифровых измерительных приборов повышенной точности.

6.2.6. Метрологические характеристики АЦП

В соответствии с ГОСТ 8.009 метрологическими характеристиками АЦП являются (см. также п. 3.5.8.):

1. диапазон изменения входного напряжения,

2. вид выходного кода и количество разрядов,

3. входное сопротивление,

4. цена единицы младшего разряда выходного кода,

5. предел допускаемой основной погрешности (как правило, относительной, нормируемой двучленной формулой),

6. пределы допускаемых дополнительных погрешностей,

7. длительность цикла преобразования (или максимальная частота преобразований).

В некоторых случаях к этим характеристикам добавляются

8. интегральная нелинейность (см. характеристику 8 п. 6.1),

9. дифференциальная нелинейность (см. характеристику 9 п. 6.1).

6.2.7. Связь АЦП с компьютером

Связь АЦП с компьютером осуществляется в соответствии с протоколами обмена информацией, который стандартизован для того или иного интерфейса.

Наиболее популярными интерфейсами, обеспечивающими взаимную связь между компьютером и автономным АЦП, являются RS 232 (COM - порт), RS 485, USB, IEEE 488, IEEE 1394.

Для АЦП, встраиваемых в компьютеры, интерфейсом является интерфейс компьютера, а именно, интерфейс PCI или интерфейс портативных компьютеров (ноутбуков) PCMCIA.

Сравнительные характеристики интерфейсов приведены ниже в таблице 2.

Внутренние интерфейсы компьютера имеют характеристики:

- PCI - от 4 до 20 входов в промышленных компьютерах, скорость обмена 132 Мбайта/с,

- PCMCIA - до 3 входов в портативных компьютерах, скорость обмена - до 1.0 Мбайта/с.

Таблица 2

Сравнительные характеристики интерфейсов для автономных АЦП

6.3. Цифровые измерительные приборы

Цифровые измерительные приборы отличаются от измерительных преобразователей тем, что выходные данные приборов должны быть представлены человеку - оператору в удобной для него форме. Поэтому для построения цифровых измерительных приборов используются АЦП, снабженные средствами

ручного управления и визуального представления результатов измерений, как это показано на рис. 51. Цифровые приборы некоторых типов снабжены устройствами интерфейсного сопряжения с компьютером, которые передают в компьютер результаты измерений, а также служебную информацию о позиции, в которой находятся средства ручного управления. Чаще всего для связи приборов с компьютером применяется приборный интерфейс IEEE 488.

На рисунке 51 представлены возможные варианты цифровых измерительных приборов. Самые простые варианты без подключения преобразователей на входе - это частотомеры и периодомеры, которые создаются на базе соответствующих АЦП, описанных выше в пп. 6.2.3, 6.2.4. Частотомеры и периодомеры обычно совмещаются в одном корпусе.

На базе АЦП других разновидностей - поразрядного уравновешивания, развертывающего преобразования, интегрирующих могут быть созданы вольтметры и амперметры постоянного и переменного тока, а также омметры. Для этого к АЦП присоединяются входные преобразователи, показанные в левой части рис. 51. Обычно в одном корпусе с АЦП помещаются несколько преобразователей, каждый из которых присоединяется к АЦП с помощью переключателя, управляемого вручную или от компьютера. Подобные приборы называются мультиметрами. Наиболее точные мультиметры, предназначенные для измерения постоянного напряжения, силы постоянного тока и сопротивления создаются на базе интегрирующих АЦП.

В последнее время вольтметры и амперметры переменного тока создаются без выпрямительных преобразователей. Принцип действия таких приборов заключается в выполнении измерений в два этапа.

Характеристики

Список файлов лекций