30434 IMG�24 (2)

powodów razem wziętych procedura „kompensacji w locie" jest dość mało dokładna i me stosuje się jej juz od dawna do budowy przyrządów ogólnego zastosowania

3.5.2 Przetwornik o podwójnym całkowaniu

Zobaczymy obecnie, jak pomysłowa moZe być procedura zastosowana w układzie przetwornika a/c wykorzystująca przetwarzanie napięcia na czas za pomocą integratora Ta pomysłowa procedura realizowana jest w układzie tzw przetwornika o podwójnym całkowaniu Przetwornik ten jest najczęściej stosowany (w swoim najprostszym układzie) w woltomierzach cyfrowych małej i średniej dokładności

Na rys 3 14a pokazano schemat strukturalny układu przetwornika a/c o podwójnym całkowaniu Na rysunku wyróżniono analogową i cyfrową część układu, które sprzężone są sygnałowe poprzez separator obwodów elektrycznych Separatorem w takim przypadku jest fizycznie najczęściej transformator izolujący sieci elektryczne od siebie, a przenoszącym na zasadzie sprzężenia indukcyjnego impulsy komunikacyjne między tymi sieciami Zastosowanie separatora jest konieczne ze względu na to, że na wejściu pomiarowym przetwornika może wystąpić względnie wysoki potencjał masy, który mógłby przenosić się do części cyfrowej, a stamtąd ewentualnie dalej. Dzięki separatorowi w analogowej części masa może mieć pływający potencjał względem ziemi Ponadto ewentualne impulsowe zakłócenia w obwodach pomiarowych analogowych też będą w dużym stopniu separowane od części cyfrowej, wrażliwej na takie zakłócenia

Oryginalność pomysłu polega na tym, że zarówno napięcie mierzone U_x, jak i napięcie wzorcowe (/, sąw tym samym integratorze całkowane względem czasu, jedno po drugim w taki sposób, zęby na wyjściu integratora wypadkowy wynik kolejnego całkowania napięć był równy zeru Osiąga się to w ten sposób, że całkując napięcie +[/, otrzymuje się na wyjściu integratora (rys 3 14b) po czasie T napięcie -UjT) (bo całkowanie realizuje się na wejściu odwracającym wzmacniacza) Następnie odłącza się od wejścia napięcie +(/„ a łączy napięcie wzorcowe ujemne -U, i całkuje się to napięcie Całkowanie napięcia przeciwnego znaku powoduje na wyjściu skutek przeciwny rośnie liniowo ujemne napięcie na wyjściu integratora poczynając od -U₀(T), czyli od napięcia osiągniętego na koniec ..pierwszego całkowania" W czasie drugiego całkowania napięcie na wyjściu integratora osiąga zero po czasie /'„ czyli osiąga stan, od którego rozpoczął się cykl dwóch, kolejnych całkowań Osiągnięcie stanu zerowego sygnalizuje detektor D (dokładniej - sygnalizuje przejście przez zero, czyli zmianę znaku) Przebieg napięcia U„(i) na wyjściu integratora w całym cyklu działania układu pokazano na rys 3 !4b

W takich okolicznościach wg zależności (3 22a) musi więc być osiągnięty stan, że

	3 23)
RC RC
El	(3 24)

Wyznaczając U, z (3 .23) otrzymamy

Zależność (3 24) wyraża związek między napięciem mierzonym U_x a napięciem wzorcowym, gdzie występują tylko odstępy czasu całkowania jednego i drugiego napięcia, tj T oraz 7. Wynik całkowania zatem nie zależy od stałej czasowej integratora Jest to pierwszy atut tej procedury - podstawa do uzyskania większej dokładności

Generator zegarowy		_u_
			Sterownik
		_

"j*—Starł

-rL

Cyfrowa część układu

Ryt. 3.14. Przetwornik analogowo-cyfrowy o podwójnym całkowaniu: i - schemat strukturalny układu, b - przebieg napięcia w funkcji czasu na wyjściu integratora Symbolami (/„ U‘„ U", oznaczono różne wielkości mierzonego napięcia stałego, którego całkę przedstawiają linie proste o różnym nachyleniu

Mierząc cyfrowo odstępy czasu całkowania T i 7i, moglibyśmy na podstawie (3 24) wyznaczyć nieznane napięcie U_x. Twórca idei podwójnego całkowania lepiej wykorzystał możliwości procedury Wybrał okres pierwszego całkowania T stały Stałość tego okresu czasu realizuje się jako czas potrzebny na zliczenie w liczniku liczby impulsów równej jego pojemności, czyli LJ_t, gdzie L_a wyraża pojemności licznika impulsów, a f_t jest częstotliwością sygnału z generatora zegarowego doprowadzonego do tego licznika Praktycznie wybiera się L₀ równe (w dziesiętnym systemie liczenia) całkowitej potędze liczby dziesięć -10", co upraszcza wykonanie funkcji dzielenia przez T = LJ_t (potrzeba dzielenia wynika z zależności 3 24) Konstrukcyjnie dzielenie przez 10" oznacza wpisanie przecinka na odpowiednim miejscu liczby wyrażającej wynik przetwarzania Przyjmując, ze odstęp czasu T. wyznaczony będzie na podstawie liczby impulsów L o tej samej częstotliwościtego samego generatora zegarowego, zliczonych w tym samym liczniku, otrzymamy zależność (3.25).

(3.25)

Widzimy, że w końcowej zależności (3 25) me występuje częstotliwość generatora zegarowego, co fizycznie oznacza, ze jego częstotliwość może być dowolna i nieznana co do wartości (nie ma wpływu na wynik pomiaru), byleby była niezmienna w czasie zliczania impulsów w obu okresach całkowania. Jest to drugi atut tej procedury

Z zależności (3.25) wynika, że napięcie mierzone U, jest proporcjonalne do liczby zliczonych impulsów w czasie całkowania napięcia wzorcowego, a współczynnik proporcjonalności wyraża stosunek napięcia wzorcowego U. do impulsowej pojemności L. licznika, czyli liczbowo wyraża wartość napięcia wzorcowego przypadającą na jeden impuls Wartość napięcia wzorcowego przypadająca na jeden impuls jest tu jednostką kwantyzacji tego napięcia Mamy tu więc zrealizowaną kwantyzację napięcia wzorcowego poprzez

129