IMG�23 (2)

(3 22a), która jest podstawą analogowego odwzorowania napięcia stałego na czas Przy danym, stałym napięciu na wejściu napięcie na wyjściu jest proporcjonalne do czasu, a dla danego, stałego odstępu czasu napięcie na wyjściu jest proporcjonalne do napięcia na wejściu integratora Oba sposoby uZycia zależności (3.22a) są wykorzystywane w układach przetworników, tzn. całkowanie danego napięcia w stałym, zawsze tym samym czasie i całkowanie danego napięcia w czasie zależnym od okoliczności

Ryi. 3.13 Schemat układu integratora

\ U(i)dt    (3.22)

RC * o

; V    (3.22a)

Jeszcze inna właściwość zależności (3.22) może być pomiarowo użyteczna Gdyby do integratora doprowadzić napięcie sinusoidalne (lub ogólnie okresowo przemienne) i całkować takie napięcie przez czas równy jego okresowi, to na wyjściu integratora na koniec okresu całkowania otrzymalibyśmy napięcie zerowe To samo otrzymalibyśmy, gdyby wydłużyć czas całkowania do dowolnej wielokrotności okresu całkowanego przebiegu Gdyby całkować napięcie sinusoidalne (lub dowolne okresowe przemienne) złożone z napięciem stałym przez czas jednego okresu tub całkowitą jego wielokrotność, to na wyjściu na koniec okresu całkowania otrzymalibyśmy napięcie proporcjonalne do napięcia stałego, tak jakby napięcia zmiennego nie było Jest to cenna właściwość układu ze względu na zastosowania pomiarowe, bo praktycznie zawsze wypada nam całkować takie napięcie stałe, na które nałożone jest napięcie zmienne i chcielibyśmy. Zęby takie napięcie zmienne nie miało wpływu na wynik całkowania Takie napięcie zmienne, nazywane w takich okolicznościach zakłóceniem¹ (w domyśle - napięcia stałego), może mieć różne pochodzenie, ale najczęściej dominują w nim zakłócenia jednego pochodzenia, tzw tętnienia sieciowe, czyli napięcie o częstotliwości (lub jej wielokrotności) napięcia sieci prądu zmiennego Dzięki omawianej właściwości integratora wynik całkowania składowej stałej napięcia z nałożoną składową zmienną może być niezależny od tej składowej zmiennej, tak jakby jej nie było

Właściwości układu integratora me są tak doskonałe, jak przedstawiamy i dlatego równanie (3 22) jest przybliżonym, modelowym opisem działania układu integratora ' Nazywane jest zakłóceniem, ponieważ do opisu naszego napięcia przyjęliśmy model napięcia stałego, a faktycznie napięcie z chwili na chwilę trochę zmienia się. więc nasz modelowy opis napięcia („modelowy °P’^S" » ^mc rzeczywistość!) jest zakłócony Jest to nasz sposób (metrologiczny) widzenia rzeczywistości w danym zagadnieniu pomiarowym, bo w innym zadaniu pomiarowym zmienne napięcie, które tu jest /kłóceniem. mogłoby być mierzonym napięciem, a napięcie stałe mogłoby być wówczas „zakłóceniem".

Pierwsza niedoskonałość integratora, która narusza dokładność modelowego opisu (3.22), wynika z napięcia niezrównowaZenia wzmacniacza napięcie mezrównoważenia dodaje się algebraicznie do całkowanego napięcia stałego, a na wyjściu integratora otrzymujemy napięcie proporcjonalne do sumy tych napięć Napięcia niezrównowaZenia nie da się usunąć, natomiast można skorygować wynik całkowania Konstruktor potrafi o rząd zmniejszyć tę niedoskonałość integratora w układzie przetwornika wprowadzając procedurę korekcji (dość złoZoną¹)

Druga niedoskonałość wzmacniacza ujawnia się jako nieliniowość integratora, co oznacza, Ze równanie (3.22a) jest jakby aproksymacją zależności realnie nieliniowej (bo faktycznie jest to początkowa część krzywej wykładniczej (rosnącej), im krótszy jest czas całkowania w stosunku do stałej czasowej RC, tym mniejszy jest błąd liniowości

Również realny kondensator ma bardziej złożoną charakterystykę niż przyjęta przy wyprowadzaniu równania W kondensatorach występuje zjawisko histerezy dielektrycznej, co oznacza, ze kondensator ładuje się i rozładowuje „opornie", np pełne rozładowanie kondensatora jest trudno osiągalne. Z tego powodu zależność między doprowadzonym do kondensatora ładunkiem a napięciem powstającym na nim nie jest jednoznaczna Wielkość histerezy dielektrycznej zależy od rodzaju dielektryku użytego na izolację między okładzinami kondensatora. Kondensator powinien więc być starannie dobierany ze względu na rodzaj dielektryku izolującego okładziny.

Jest znanych wiele układów przetworników a/c, w których stosuje się przetwarzanie napięcia na czas przy uZyciu integratora. Najprostszy, który ma już dzisiaj przede wszystkim znaczenie szkolnej polega na zastosowaniu „kompensacji w locie" W tej procedurze całkuje się napięcie wzorcowe (stałe) i otrzymuje się na wyjściu integratora napięcie liniowo narastające o znanej wartości dla danej chwili Łącząc przeciwsobnie napięcie mierzone z napięciem liniowo narastającym otrzymanym z integratora i śledząc tak powstałą różnicę za pomocą detektora znaku możemy wyznaczyć moment czasu, w którym wystąpi zmiana znaku różnicy napięć, a więc przekroczony zostanie stan kompensacji tych napięć. Czas od momentu, kiedy na wyjściu integratora było napięcie równe zero, do momentu, w którym osiągnięta została kompensacja, jest proporcjonalny do napięcia mierzonego wg zależności (3.22a) Czas ten mierzymy cyfrowo Znając napięcie wzorcowe i stałą RC można wyznaczyć współczynnik, przez który należy pomnożyć wartość czasu, żeby otrzymać wartość napięcia

Procedura „kompensacji w locie" jako technika odwzorowania napięcia na odstęp czasu nie jest zbyt skutecznym sposobem realizacji cyfrowego pomiaru napięcia Przede wszystkim czas pomiaru jest stosunkowo długi, a czas ten me jest wykorzystany np do uśredniania i jest bezużytecznie tracony. Następnie moment osiągnięcia kompensacji, a więc moment pomiaru jest fbnkcją mierzonego napięcia Wyznaczamy wartość napięcia w konkretnej chwili, lecz jest ona przypadkową i nie znaną chwilą przebiegu mierzonego napięcia Na koniec - lecz nie jest to mało ważne - niedoskonałość układu integratora bezpośrednio i w całości obciąża dokładność przetwarzania pomiarowego. Z tych wszystkich

127

1

Praktyczne rozwiązanie znane jest pod nazwą przetwornika a/c o poczwórnym całkowaniu W takim rozwiązaniu najpierw jest całkowane oddzielnie napięcie niezrównowaZenia i wyznaczana jest potrzebna poprawka, a przy całkowaniu "pomiarowym" jest uwzględniana la poprawka Procedura układowo jest skomplikowana.

■' Istnieją specjalistyczne zastosowania lej mclody z różnymi modyfikacjami Na przykład w technice jądrowej zastosowano ten sposób do pomiaru amplitudy losowo pojawiających się impulsów elektrycznych uzyskano krótki czas pomiaru (lOps) i dużą rozdzielczość (14 bilów). W tym przypadku amplituda była .zapamiętywana na kondensatorze", a kondensator byl następnie liniowo rozładowywany zawsze z jednakową slromością do poziomu napięcia wzorcowego Cyfrowo mierzono czas