Вторичные измерительные преобразователи и АЦП

Содержание

Введение

Вторичные измерительные преобразователи и АЦП

1. Усилители

2. Делители напряжения и мосты

3. Фазометры и частотомеры

4. Специфика вторичных преобразователей для датчиков перемещений

Литература

Введение

Тема реферата по дисциплине "Информационные измерительные средства" - "Вторичные измерительные

преобразователи и АЦП".

Применение и развитие измерительной техники всегда было обусловлено потребностями производства, торговли и других сфер человеческой деятельности. Контрольно-измерительные операции давно стали неотъемлемой частью технологических процессов и в значительной степени определяют качество выпускаемой продукции. Прогресс измерительной техники неразрывно связан с научно-техническим прогрессом. Новые научные и технические задачи приводят и к новым измерительным задачам, для решения которых нужны новые средства измерений (СИ), а новые научные и технические результаты влияют на уровень измерительной техники:

повышается точность измерений, и расширяются диапазоны измерения;

растет номенклатура измеряемых величин;

увеличивается производительность измерительных операций, и за счет их автоматизации уменьшается влияние человеческого фактора;

возрастает число выполняемых функций.

Информационные измерительные системы (ИИС) являются одним из наиболее ярких примеров этой взаимосвязи. Появление ИИС обусловлено в первую очередь конкретными задачами производства и научных исследований, требующих получения, обработки, отображения и хранения больших объемов измерительной информации.

ИИС являются симбиозом аппаратных средств и алгоритмов обработки измерительной информации.

Вторичные измерительные преобразователи и АЦП

Основной функцией вторичных измерительных преобразователей (ВИП) является преобразование информации, выдаваемой первичными преобразователями, в напряжение, подаваемое на АЦП. В каждом конкретном случае вид и функции вторичного преобразователя определяются видом первичного преобразователя. В предыдущем параграфе различные датчики были сгруппированы по виду измеряемой величины. Однако при выборе ВИП определяющим является вид выходной величины, а преобразуемая первичным преобразователем физическая величина уже не имеет существенного значения.

ВИП характеризуются теми же показателями, что и ПИП, то есть прежде всего функцией преобразования и показателями погрешности. Кроме того, появляется специфический показатель - требования к источникам питания, поскольку качество питающего напряжения (величина, стабильность, отклонение формы, фон и другие помехи) существенно влияет на качество выполнения преобразователем своих функций, рассмотрим основные виды ВИП, ориентированных на различные группы выходных величин ПИП.

1. Усилители

Для датчика генераторного типа, как уже отмечалось, вторичный преобразователь может и не понадобиться, если сигнал самого датчика достаточно велик. В противном случае вторичные преобразователи усиливают сигнал и при необходимости изменяют его постоянную составляющую. В этом случае используется стандартная схема операционного усилителя с отрицательной обратной связью (рис.1, а).

Рис. 1.

Коэффициент усиления такого усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов R2 и R1:

(2.1)

где Ку - коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Приближенное соотношение записано в предположении, что Ку много больше требуемого значения коэффициента усиления.

При подаче усиливаемого сигнала на вход 1 он не инвертируется, а при подаче на вход 2 инвертируется. Неиспользуемый вход обычно заземляют. При необходимости на него может быть подан постоянный сигнал для изменения постоянной составляющей.

Усилители могут работать в недифференциальном режиме, когда усиливаемый сигнал подается на один вход, а вторым входом является общая земля (общий нуль), и в дифференциальном режиме, когда исследуемый сигнал подается на оба входа, что имеет место, например, при усилении сигналов с мостовых схем.

Если датчик генераторного типа выдает ток, то вторичный преобразователь должен преобразовать выходной ток в напряжение и при необходимости усилить.

Для этого также может быть использован операционный усилитель, в котором сопротивление R1 много меньше выходного сопротивления датчика, рассматриваемого как генератор тока.

В этом случае коэффициент передачи вторичного преобразователя не зависит от R1.

K = UBых/IBX = R2 (2.2)

Из этого следует, что входной резистор может быть исключен, и мы приходим к схеме, изображенной на рис.1, б.

Определенная специфика имеется при усилении зарядов, генерируемых, в частности, пьезоэлектрическими датчиками.

Любое конечное входное сопротивление усилителя приводит к стеканию заряда и уменьшению выходного сигнала.

Поэтому для преобразования и усиления такого выходного сигнала используется интегрирующий усилитель, схема которого показана на рис.1, е. Коэффициент передачи такого вторичного преобразователя

K = UBых/QBX = 1/C. (2.3)

Из этой формулы следует, что коэффициент передачи будет тем больше, чем меньше емкость конденсатора С. Однако нужно иметь в виду, что данное соотношение записано в предположении идеальности конденсатора, то есть его сопротивление утечки R, показанное на схеме, равно бесконечности. Однако реально оно конечно. Поэтому емкость должна быть выбрана такой, чтобы модуль ее сопротивления на низшей возможной частоте изменения заряда была много меньше сопротивления утечки.

2. Делители напряжения и мосты

Для параметрических датчиков вторичные преобразователи формируют напряжение, зависящее от изменения выходного параметра датчика. Далее для краткости и простоты изложения будем считать, что выходной величиной датчика является комплексное сопротивление Zx. Это предположение соответствует и физической сущности работы датчиков. Только у резистивных датчиков для достаточно больших диапазонов частот мы можем считать выходное сопротивление чисто активным. В емкостных датчиках мы должны учитывать сопротивление утечек (особенно на низких частотах), а для индуктивных датчиков - активное сопротивление обмотки и эквивалентное сопротивление потерь в сердечнике (особенно на больших частотах), хотя при теоретических расчетах выходные сопротивления этих датчиков считают чисто реактивными.

Для преобразования сопротивления в напряжение используются делители напряжения и мостовые схемы.

Два варианта схемы делителя приведены на рис.2.

Делители напряжения являются простейшими вторичными преобразователями.

Однако следует иметь в виду, что для обеих схем характеристики преобразования существенно нелинейны.

(2.4)

 Скачать реферат