IMG�25 (2)

kwantyzację czasu, a to również oznacza łatwą kwantyzację napięcia z praktycznie dowolną rozdzielczością, nie jest bowiem technicznym problem zbudowanie licznika o zadanej (np dużej) pojemności impulsowej i generatora zegarowego o dużej częstotliwości.¹ Liniowość kwantowania napięcia na wyjściu integratora z dowolną rozdzielczością jest trzecim atutem tej procedury, bo stałość częstotliwości generatora zegarowego w krótkim czasie całkowania może być doskonała, a więc okres impulsowania jest stały Niestety, me jest to równoznaczne z doskonałym kwantowaniem napięcia wzorcowego, bo całkowanie w integratorze me jest doskonałe Nieliniowość integratora spowoduje, Ze na kolejne impulsy, występujące w równych odstępach czasu, przypadać będzie różne napięcie (dokładniej różny przyrost napięcia) Jednak nawet skutek tej ułomności integratora w dużej części sam się skoryguje w przetworniku o podwójnym całkowaniu, a dokładność przetwarzania z tego powodu niewiele się pogorszy Przy całkowaniu bowiem błąd liniowości z grubsza w ten sam sposób wpłynie na wynik całkowania zarówno napięcia U,, jak i U,~ a to w niewielkim stopniu naruszy stosunek TJT występujący w (3.24).

Jest jeszcze czwarty poważny atut tej procedury, wynikający z właściwości procesu całkowania, a użyteczność takiej właściwości sygnalizowaliśmy. Wiemy, ze korzystne może być ze względów metrologicznych, żeby czas całkowania T napięcia U_M był niezmienny i o odpowiedniej długości, bo wówczas można z wyniku pomiaru wyeliminować skutki pewnej, składowej zmiennej występującej w napięciu U. Konstruktor może więc wybrać taką wielkość tego okresu czasu, żeby całka z okresowo zmiennej składowej (jako zakłócenia) nakładającej się na mierzone napięcie stale była równa zeru. Wówczas mówi się, ze składowa zmienna jest tłumiona, a w tym przypadku tłumiona w pełni, bo me przenosi się na wynik przetwarzania Racjonalnie dobrany czas T powinien więc wynieść 20 ms, ponieważ zakłócenia zmienne pochodzenia sieciowego są dominujące w mierzonym napięciu stałym, a częstotliwość sieci wynosi u nas S0 Hz Czas ten powinien być aktualizowany zależnie od faktycznej częstotliwości napięcia sieci Tłumienie takich zakłóceń w tej procedurze pomiarowej będzie samoistne (wynika z procedury pomiarowej a nie z zastosowania osobnej konstrukcji filtru) i jest doskonale Mówimy, że procedura zapewnia w sposób naturalny tłumienie składowej sieciowej zakłóceń. Zakłócenia tego typu, a więc te, które dodają się do napięcia mierzonego, nazywa się zakłóceniami szeregowymi Tłumienie w przetworniku innych (niż sieciowe) zakłóceń szeregowych będzie tylko częściowe. Do ewentualnego tłumienia tych innych zakłóceń potrzebne będzie zastosowanie odpowiedniego filtru

Ogólnie przyjmuje się jako miarę skuteczności tłumienia danego zakłócenia (w danym przypadku składowej zmiennej szeregowej) liczbą wyrażającą stosunek wskazania przyrządu dla składowej stałej do wskazania, które wystąpiłoby dła napięcia zakłócającego, gdy amplitudy napięcia zakłócającego i składowej stałej byłyby równe Można taką liczbę zlogarytmować i pomnożyć przez 20, żeby otrzymać wartość tłumienia w decybelach Przy dokładnym zrównaniu okresu całkowania i okresu napięcia zakłócającego tłumienie składowej zmiennej szeregowej w przetworniku o podwójnym całkowaniu jest nieskończenie wielkie

Czas T całkowania napięcia U, wynika konstrukcyjnie z pojemności impulsowej licznika i okresu generatora zegarowego, więc wartość tego czasu jako całkowita wielokrotność okresu tego sygnału nie zawiera błędu kwantowania czasu, oczywiście gdy konstruktor zadba, zęby liczba zliczonych impulsów równała się liczbie okresów zegarowych, co nie jest problemem Z faktu. Ze czas całkowania napięcia U_M wyraża się całkowitą liczbą

Tylko sensowność postępowania jesi jedynym ograniczeniem możliwej do osiągnięcia rozdzielczości: po co powiększać rozdzielczość ponad lę. która jest użyteczna ze względu na dokładność Zagadnienie wyjaśni się w toku dalszej analizy

kwantów czasu, wynika, te nie ma błędu kwantowania czasu T, Jest to kolejnym atutem procedury podwójnego całkowania.

Zauważmy leż, te z wyboru czasu całkowania napięcia U, (ij 20 ms) i pojemności impulsowej licznika (np 10* impulsów) wynika częstotliwość generatora zegarowego (np. 500 IcHz)

Tok działań przetwornika o podwójnym całkowaniu o układzie jak na rys. 3 14 jest następujący Impulsem start inicjowany jest cykl przetwarzania Ze sterownika głównego przesyłany jest sygnał otwarcia bramki (na wejście sterujące s bramki) i równocześnie poprzez separator i sterownik lokalny analogowej części układu przesyłany jest sygnał sterujący przyłączeniem napięcia U, do wejścia integratora Zliczane są impulsy (okresy) z generatora zegarowego w liczniku (impulsów) i w tym czasie jest całkowane napięcia U, Gdy licznik przepełni się (osiągnie stan, z którego startował, czyli zerowy), sterownik otrzymuje sygnał przepełnienia licznika i wysyła sygnał przełączenia klucza z U, na -U, na wejściu integratora Rozpoczyna się okres całkowania ujemnego napięcia wzorcowego (-£/„), a napięcie na wyjściu integratora liniowo rośnie od wielkości -Ł/(7) do zera Po czasie 7"», gdy napięcie na wyjściu integratora U(/) przekroczy poziom zera, z detektora D wysyłany jest sygnał zmiany znaku, któiy w sterowniku głównym inicjuje działanie „koniec przetwarzania”. Zamykana jest bramka, stan L licznika jest przepisywany do rejestru wyniku przetwarzania Kończy się cykl przetwarzania Do następnego cyklu pracy zerowany jest stan integratora

Zauważmy, żc przy całkowaniu większego napięcia U, stromość zmian napięcia na wyjściu integratora jest większa (rys 3.14b) i tym samym wielkość osiągniętego po czasie T napięcia na wyjściu z integratora jest większa (pomijamy znak. bo faktycznie jako ujemna Jest mniejsza). Natomiast całkowaniu napięcia V. odpowiada zawsze la sama stromość zmian napięcia na wyjściu integratora, co jest oczywiste, bo całkowane jest zawsze to samo napięcie Różny czas całkowania napięcia (/. wynika z lego. te na końcu okresu T pierwszego całkowania napięcie U_c na kondensatorze jest różne. Czas całkowania napięcia V, i napięcia U, będą równe, gdy Ic napięcia będą równe. Wówczas czas przetwarzania wyniesie 1T, czyli w naszym przypadku 40 ms i czas ten będzie największy. Okres powtarzania cyklu przetwarzania musi być jeszcze dłuższy, bo potrzebny jest czas na przygotowanie do następnego przetwarzania. Przy naszych założeniach nominalna częstotliwość powtarzania cyklu pomiarowego nie może być więc większa niż 25 Hz (praktycznie jest do 20 Hz).

Atrakcyjność metrologiczna przetworników integracyjnych potwierdza się w rozwiązaniach bardziej złożonych niż przetwornik o podwójnym całkowaniu. Buduje się przetworniki a/c integracyjne o wielokrotnym całkowaniu', przetworniki szybkie i dokładne. Wówczas czas całkowania mierzonego napięcia U, musi być oczywiście krótki (ale również niezmienny), a dodatkowo stosując specjalną procedurę skraca się czas całkowania napięcia wzorcowego U„ Ta specjalna procedura polega na tym, że czas całkowania napięcia wzorcowego rozkłada się na wiele odcinków czasu, w których całkuje się napięcie wzorcowe z różnymi stałymi czasowymi, odpowiednio dobranymi całkowanie z małą stalą czasową zapewnia duże napięcie na jeden zliczony impuls, a więc dużą jednostkę kwantyzacji W ten sposób wyznacza się liczbę jednostek na najwyższych pozycjach zapisu dziesiętnego (lub binarnego). Całkowanie z dużą stalą czasową zapewnia małe napięcie na jeden zliczony impuls, a więc małą jednostkę kwantyzacji W ten sposób wyznacza się liczbę jednostek na niskich i najniższych pozycjach zapisu dziesiętnego (lub binarnego) Przełączanie czasu całkowania wybiera się w momencie, gdy zliczony zostanie pierwszy impuls z generatora zegarowego po zmianie znaku napięcia na przeciwny na wyjściu integratora Oznacza to. że nic jesl popełniany błąd kwantowania. gdy tak wybiera się momenty przełączania, co jesl ważne, gdy kwanty są duże Jedyny błąd kwantowania powstaje w ostatnim całkowaniu, ale kwanty są tam już małe Jako wynik wielokrotnego całkowania otrzymuje się ciąg liczb o różnej wadze i różnym znaku, z który ch numerycznie tworzy się wynik końcowy Wypadkowy czas całkowali napięcia wzorcowego można dzięki takiej procedurze skrócić, a mimo ro za-zapewnić poirzebną rozdzielczość wyniku, co w innym rozwiązaniu wymagałoby zliczania dużej liczby małych kwantów przez długi czas.    _}

W przetworniku o wielokrotnym całkowaniu - oferowanym handlowo - możliwych jest 10 przetwarzań na sekundę przy rozdzielczości 4*0 cyfry, a len sam przetwornik może zapewnić rozdzielczość 8 /j ¹

131

1

W literaturze polskiej przyjęło się w nazwie akcentować „liczbę calkowań". W literatura: angielskojęzycznej w nazwie akcentuje się liczbę różnych „pochyłości linii" na wykresie (rys. 3.14b) przebiegu napięcia na wyjściu integratora i mówi się o procedurze, że jest o „dwu pochyłościach", o „trzech pochyłościach . o „wielu pochyłościach" Angielski sposób tworzenia nazwy wydaje się bardziej logiczny