Зміст
Введення
Вторинні вимірювальні перетворювачі і АЦП
1. Підсилювачі
2. Подільники напруги і мости
3. Фазометри і частотоміри
4. Специфіка вторинних перетворювачів для датчиків переміщень
Література
Введення
Тема реферату з дисципліни "Інформаційні вимірювальні засоби" - "Вторинні вимірювальні перетворювачі і АЦП ".
Застосування і розвиток вимірювальної техніки завжди було обумовлено потребами виробництва, торгівлі та інших сфер людської діяльності. Контрольно-вимірювальні операції давно стали невід'ємною частиною технологічних процесів і в значній мірі визначають якість випущеної продукції. Прогрес вимірювальної техніки нерозривно пов'язаний з науково-технічним прогресом. Нові наукові та технічні завдання приводять і до нових вимірювальним завданням, для вирішення яких потрібні нові засоби вимірів (СІ), а нові наукові і технічні результати впливають на рівень вимірювальної техніки:
підвищується точність вимірювань, і розширюються діапазони вимірювання;
росте номенклатура вимірюваних величин;
збільшується продуктивність вимірювальних операцій, і за рахунок їх автоматизації зменшується вплив людського фактора;
зростає число виконуваних функцій.
Інформаційні вимірювальні системи (ІВС) є одним з найбільш яскравих прикладів цього взаємозв'язку. Поява ІВС обумовлено в першу чергу конкретними завданнями виробництва і наукових досліджень, що вимагають отримання, обробки, відображення та зберігання великих обсягів вимірювальної інформації.
ІІС є симбіозом апаратних засобів і алгоритмів обробки вимірювальної інформації.
Вторинні вимірювальні перетворювачі і АЦП
Основною функцією вторинних вимірювальних перетворювачів (ВІП) є перетворення інформації, що видається первинними перетворювачами, в напруга, що подається на АЦП. У кожному конкретному випадку вид і функції вторинного перетворювача визначаються видом первинного перетворювача. У попередньому параграфі різні датчики були згруповані по виду вимірюваної величини. Однак при виборі ВІП визначальним є вид вихідної величини, а перетворюються первинним перетворювачем фізична величина вже не має істотного значення.
ВІП характеризуються тими ж показниками, що і ПІП, тобто насамперед функцією перетворення і показниками похибки. Крім того, з'являється специфічний показник - вимоги до джерел живлення, оскільки якість живлячої напруги (величина, стабільність, відхилення форми, фон та інші перешкоди) істотно впливає на якість виконання перетворювачем своїх функцій, розглянемо основні види ВІП, орієнтованих на різні групи вихідних величин ПИП.
1. Підсилювачі
Для датчика генераторного типу, як уже зазначалося, вторинний перетворювач може і не знадобитися, якщо сигнал самого датчика досить великий. В іншому випадку вторинні перетворювачі підсилюють сигнал і при необхідності змінюють його постійну складову. У цьому випадку використовується стандартна схема операційного підсилювача з негативним зворотним зв'язком (рис.1, а).
Рис. 1.
Коефіцієнт посилення такого підсилювача визначається відношенням опорів резисторів R2 і R1:
(2.1)
де До у - коефіцієнт посилення підсилювача без зворотного зв'язку. Наближене співвідношення записано в припущенні, що До у багато більше необхідного значення коефіцієнта підсилення.
При подачі підсилюваного сигналу на вхід 1 він не інвертується, а при подачі на вхід 2 інвертується. Невикористаний вхід зазвичай заземлюють. При необхідності на нього може бути поданий постійний сигнал для зміни постійної складової.
Підсилювачі можуть працювати в недіфференціальном режимі, коли підсилюється сигнал подається на один вхід, а другим входом є спільна земля (загальний нуль), і в диференціальному режимі, коли досліджуваний сигнал подається на обидва входи, що має місце, наприклад, при посиленні сигналів з мостових схем.
Якщо датчик генераторного типу видає ток, то вторинний перетворювач повинен перетворити вихідний струм в напругу і при необхідності підсилити.
Для цього також може бути використаний операційний підсилювач, в якому опір R1 багато менше вихідного опору датчика, розглянутого як генератор струму.
У цьому випадку коефіцієнт передачі вторинного перетворювача не залежить від R1.
K = U B их / I BX = R 2 ( 2.2)
З цього випливає, що вхідний резистор може бути виключений, і ми приходимо до схеми, зображеної на рис.1, б.
Певна специфіка мається при посиленні зарядів, що генеруються, зокрема, п'єзоелектричними датчиками.
Будь кінцеве вхідний опір підсилювача призводить до стіканню заряду і зменшенню вихідного сигналу.
Тому для перетворення і посилення такого вихідного сигналу використовується інтегруючий підсилювач, схема якого показана на мал.1, е . Коефіцієнт передачі такого вторинного перетворювача
K = U B их / Q BX = 1/ C . ( 2.3)
З цієї формули випливає, що коефіцієнт передачі буде тим більше, чим менше ємність конденсатора З . Однак потрібно мати на увазі, що дане співвідношення записано в припущенні ідеальності конденсатора, тобто його опір витоку R, показане на схемі, дорівнює нескінченності. Однак реально воно звичайно. Тому ємність повинна бути обрана такою, щоб модуль її опору на нижчій можливій частоті зміни заряду була набагато меншою опору витоку.
2. Подільники напруги і мости
Для параметричних датчиків вторинні перетворювачі формують напругу, залежне від зміни вихідного параметра датчика. Далі для стислості і простоти викладу будемо вважати, що вихідною величиною датчика є комплексне опір Z x . Це припущення відповідає і фізичної сутності роботи датчиків. Тільки у резистивних датчиків для досить великих діапазонів частот ми можемо вважати вихідний опір чисто активним. У ємнісних датчиках ми повинні враховувати опір витоків (особливо на низьких частотах), а для індуктивних датчиків - Активний опір обмотки і еквівалентний опір втрат у сердечнику (Особливо на великих частотах), хоча при теоретичних розрахунках вихідні опори цих датчиків вважають чисто реактивними.
Для перетворення опору в напругу використовуються подільники напруги і мостові схеми.
Два варіанти схеми дільника наведені на рис.2.
Подільники напруги є найпростішими вторинними перетворювачами.
Однак слід мати на увазі, що для обох схем характеристики перетворення істотно нелінійні.
(2.4)
Рис. 2.
Рис. 3
Нелінійність буде зменшуватися по міру зменшення Z x по порівнянні з Z Q . Однак при цьому буде зменшуватися і чутливість перетворювачів.
На рис.3, а наведена бруківка схема вторинного перетворювача для недіфференціальних датчиків, а на рис.3, б - для диференціальних.
Функції перетворення для цих перетворювачів мають вигляд.
(2.5)
Перша з цих характеристик нелінійна, а друга - якщо обидва компоненти диференціального датчика мають однакові початкові опору і змінюються симетрично, буде лінійною.
Ємності і індуктивності можуть вимірюватися мостами тільки змінного струму. Активні опору можуть вимірюватися мостами як постійног...
