Zasada działania przetwornika A/C o przetwarzaniu impulsowo--czasowym zostanie wyjaśniona na podstawie schematu funkcjonalnego i wy­kresów przedstawionych na rys. 5.95.

Napięcie mierzone U_x jest przetwarzane w cyklach wymuszonych przez układ sterujący. Na początku każdego cyklu pomiarowego impuls startowy, wytworzony przez układ sterujący, kasuje stan licznika i wyzwala generator liniowego napięcia piłokształtnego. Napięcie to jest napięciem wzorcowym, z którym jest porównywane napięcie mierzone. Napięcie piło kształtne do­prowadza się do wejść dwóch komparatorów K_L i K₂. Komparator K₂ służy do ustalania poziomu zerowego. Z uwagi na to, że drugie jeg© wejście jest połączone z masą przyrządu, w chwili, gdy napięcie piłokształtne staje się równe zeru, na wyjściu układu K₂ pojawia się impuls, który powoduje zmianę stanu przerzut-nika bramkującego ze stanu 0 na 1. Przerzutnik wraca do stanu wyjścioweso po upł>wie czasu t„ pod wpływem sygnału pojawiającego się na wyjściu kom­paratora K₁ w chwili zrównania napięcia piłokształtnego z napięciem mierzo­nym (rys. 5.95b). Na wyjściu przerzutnika, wskutek dwukrotnej zmiany jego stanu, zostaje uformowany impuls bramkujący o czasie trwania t^ który jest doprowadzany do wejścia sterującego bramki. Do drugiego wejścia bramki są podawane impulsy wzorcowe (rys. 5.95b). Licznik zlicza N_x impulsów wzorco­wych wypełniających przedział czasu t^

lapięcia pii o kształtnego.

;ym A — szybko 192

Składowa analogowa błędu przetwarzania zależy od liniowości napięcia piłokształtnego, zdolności rozdzielczej komparatorów, stałości częstotliwości /„. Wartość tej składowej analogowej błędu przetwarzania jest nie mniejsza niż ±0,1%.

Przetworniki A/C z wielokrotnym całkowaniem, jak wszystkie inte­gracyjne, charakteryzują się istotną zaletą, jaką jest tłumienie okresowych zakłóceń nakładających się na mierzone napięcie.

'I

.niu:a)schemai

Uproszczony schemat funkcjonalny przetwornika A/C o podwójnym całkowaniu i przebiegi czasowe sygnałów pomiarowych i sterujących w od­powiednich punktach układu przedstawiono na rys. 5.96. W przetworniku tym napięcie mierzone jest również przetwarzane w przedział czasu, który następnie mierzy się metodą cyfrową. Cykl przetwarzania (całkowania) składa się z dwóch

I

faz. W pierwszej fazie (trwającej przez określony czas !,) napięcie mierzone U_x jest całkowane przez układ integratora — wówczas kondensator ładuje się z szybkością proporcjonalną do wartości mierzonego napięcia U_x, W drugiej fazie kondensator jest rozładowywany ze stałą szybkością napięciem wzor­cowym o biegunowości przeciwnej niż napięcie mierzone. Czas t_x (rozładowania kondensatora) jest proporcjonalny do wartości mierzonego napięcia. Czas całkowania t_l jest wyznaczony przez generator częstotliwości wzorcowej, licznik impulsów i układ sterujący. Przed rozpoczęciem właściwego cyklu pomiarowego licznik jest zerowany. W chwili rozpoczęcia pomiaru układ sterujący włącza przełącznik fc_t, który doprowadza napięcie mierzone U_s na wejście integratora oraz rozwiera przełącznik k₂. Jednocześnie na wejście przerzutnika bramkującego podawany jest impuls przerzucający go do stanu jedynki logicznej na wyjściu. Powoduje to otwarcie bramki (typu AND) i licznik zaczyna zliczać impulsy wysyłane przez generator wzorcowy. Na wyjściu integratora pojawia się liniowo narastające napięcie «„ które po upływie czasu r_x osiąga wartość

1

^M--Rci^u-^d' = ^u-*-Kc

Ładowanie kondensatora trwa aż do całkowitego wypełnienia licznika, po czym jest on zerowany.

Jeśli pojemność licznika równa jest P = N_m, to czas całkowania (t_t) napięcia mierzonego oblicza się z zależności

N

^h"t

cego po orcowego

Kończy się pierwszy takt całkowania i następuje równocześnie otwarcie przełącznika k_l (równoznaczne jest to z odłączeniem napięcia U_x od inte­gratora), zamknięcie przełącznika k₃ (a tym samym włączenie napięcia wzor­cowego Ł/J oraz dalsze zliczanie impulsów z generatora wzorc< przejściu stanu licznika przez zero). Pod wpływem napięcia w następuje rozładowanie kondensatora, napięcie wyjściowe z integi..™*. ₍~₃, ma w tym takcie przebieg liniowo opadający. W chwili, gdy napięcie u₂ staje się równe zeru, komparator wysyła impuls, który otwiera przełącznik k₃ i zamyka przełącznik k₂ oraz przez przerzutnik bramkujący zamyka bramkę. Napięcie wyjściowe z integratora w drugiej fazie całkowania jest opisane zależnością

Ut,

Po czasie t₁+

_I napięcie

U= 0

a wyjściu integratora jest równe zeru

Liczba impulsów zliczonych w drugiej fazie pomiaru będzie

Jak wynika z ostatniej zależności, błąd przetwarzania zależy przede wszystkim od stałości napięcia wzorcowego, a prawie całkowicie nie zależy od dokładności generatora wzorcowego, ani stabilności elementów RC integratora. Ponadto o błędzie przetwornika z podwójnym całkowaniem decyduje stałość parametrów integratora (a właściwie zastosowanego w jego układzie wzmac­niacza), zdolność rozdzielcza komparatora oraz stałość parametrów przełącz­ników analogowych. Błędy wynikające z wszystkich wymienionych przyczyn mają charakter przypadkowy i są od siebie niezależne. Dlatego należy określać błąd wypadkowy średniokwadratowy. Przeciętne wartości składowej analogo­wej błędu przetwornika z podwójnym całkowaniem zawierają się w granicach od 0,02% do 0,05%.

Ograniczenia dokładności przetwornika o podwójnym całkowaniu wynikają między innymi z tego, że integrator nie zapewnia idealnego całkowania (napięcie wyjściowe z integratora będące odpowiedzią na skok napięcia może

komparatora (przesuwają one poziom porównania napięć).

Te dodatkowe przyczyny błędów nie występują (lub Ich wpływ jest znacznie zmniejszony) w przetwornikach z potrójnym całkowaniem. Uprosz­czony schemat funkcjonalny tego typu przetwornika i przebieg napięcia na wyjściu integratora przedstawiono na rys. 5.97.

Cykl przetwarzania składa się z trzech faz, W pierwszej, w czasie t, (odpowiadającym N_t impulsom zliczonym przez licznik) całkowane jest napięcie mierzone U_x. Napięcie wyjściowe integratora w końcu tej fazy całkowania

W drugiej fazit	■ |esi dlra	.■.im	; napięcie ■	wzorcowe U wl o	takiej sa	mej pola:
jak napięcie m	ierzone. Ta	faz	a trwa prz	ez czas r2 — lic?	nik zlicz	a wtedy j
następne N2 ir	lpulsów (pi	■zyc	aym N2 «	N,). Napięciem	ryjściow<	! integrat
końcu tej fazy

1

Rys, 5.97. Zasada działania przetwórni funkcjonalny; b) przebiegi napięcia na

W trzeciej fazie odbywa się rozładowanie kondensatora w wyniku doprowadze­nia do wejścia integratora napięcia wzorcowego U_w2 o polaryzacji przeciwnej niż polaryzacja napięcia mierzonego. Najczęściej napięcia wzorcowe mają takie same wartości bezwzględne

stąd

W przetworniku tym napięcie mierzone, a właściwie jego wartość średnia, jest przetwarzane w przedział czasu t_x+{t₂ — tj. Czas rozładowania kondensatora w powyższych wyrażeniach został rozdzielony na dwie części t₃ i t_x. W czasie £₃ kondensator powinien rozładować się do poziomu u((_l), oznacza to — wobec równości U_wl = - U„₂ — równość czasów t₂ i C₃. Napięcie mie­rzone jest więc przetwarzane w przedział czasu zgodnie z zależnością

en w czasie £₃ zliczyć taką liczbę impulsów N₃, aby

-, + iV₃ = N_m J

jest proporcjonalne do c i

całko opóźnie lne ko

Najczęściej jednak wypełnieni e dodatkowym t_d — równym a więc stosować

u kom­ aratory

I wówczas końcowe wskaz i do mierzonego napięcia licznika następuje po cza paratora. W woltomierzu taki o niskim poziomie szumów.

ego integratora w stani ównaniu z dużą wartości adziałania komparator;

Również prze regulowani a napięcia wy nieustalonym nie są aroźne, gdyż są one tak małe napięcia w chwili l_x -.',. że nic powodują bied

po

Zasada działania przetwornika A/C z przetwarzaniem napięcia w częs­totliwość zostanie wyjaśniona na podstawie schematu i wykresów podanych na rys. 5.98. Najważniejszymi blokami przetwornika napięcie-częstotliwość są: integrator (wzmacniacz całkujący), komparator K oraz włączony w pętlę sprzężenia zwrotnego tzw. ge?wrator ładunków kompensacyjnych (na rys. 5.98a zaznaczony linią przer\waną).

Do wejścia przetwornika jest doprowadzone napięcie mierzone U_s, które powoduje, że na wyjściu wzmacniacza całkującego otrzymuje się impulsy {uJ narastające do poziomu U_o (rys. 5.98b) ustalonego przez napięcie porów­nania. Szybkość narastania tych impulsów jest wprost proporcjonalna do napię­cia mierzonego

Czas rozładowania kondensatora trwa t₃ + t_x i kończy się zasygnalizowaniem przez komparator przejścia przez poziom zerowy napięcia wyjściowego z integ­ratora. Oznacza to spełnienie zależności u_i{t, + t₂ + t₃ + lj = 0

196

W chwili, kiedy u, = U_o, komparator pobudza układ formowania I, ktć wytwarza impuls o szerokości określonej częstotliwością generatora wzon

r

wego oraz ściśle określonej amplitudzie (t/₀J wyznaczonej napięciem odniesienia V„- Pod wpływem tego impulsu następuje szybkie rozładowanie integratora (w czasie t₂) i proces powtarza się okresowo. Ładunek dostarczony ze źródia U_x musi być równy ładunkowi wprowadzonemu przez opornik R_s z obwodu sprzężenia zwrotnego. W związku z tym jest spełniona zależność

Jeśli impulsy (u_s) mają przebieg prostokątny, to

₌ v_x __ u₀₅ __v^_

⁰ R,C ^L R_SC ² R_tC ² Z wyrażenia tego można wyznaczyć okres powtai

i*! U_OsL

R_s U,

i ich częstotliwość

Impulsy ii; po przejściu przez układ formujący II są przekształcane w impulsy u_f (tzn. prostokątne o czasie trwania t₂ i częstotliwości powtarzania fj. Impulsy te są następnie zliczane we wzorcowym czasie T_w. Liczba ich N_x jest proporcjonalna do średniej wartości napięcia mierzonego w czasie T„, gdyż

Przetwornik napięcie-czeslotliwość jest więc przetw racyjnego-

	i i i ii [1 1
	lilii

---