Файл: Электрические измерения. Общий курс учебник.pdf

ния измерительных каналов, т. е. поочередного приключения дат­ чиков или преобразователей с унифицированным сигналом к блокам передачи, преобразования и воспроизведения измерительной инфор­ мации.

К коммутаторам, предназначенным для работы в ИИС, предъяв­ ляется ряд требований, вытекающих из условий их работы, и требо­ ваний, предъявляемых в ИИС. Наиболее характерными требованиями к коммутаторам ИИС являются недопустимость внесения заметной погрешности в измерения (или контроль) и обеспечение требуемой частоты переключения измерительных каналов. Погрешность, вноси­ мая коммутатором в измерение, может быть определена как погреш­

Коммутаторы с нормированной погрешностью называются изме­ рительными.

Быстродействие коммутатора обычно выражается числом пере­ ключений в единицу времени.

Кроме указанных характеристик, существенную роль в оценке коммутатора могут иметь такие характеристики, как габаритные размеры, надежность (ресурс), потребляемая мощность от вспомога­ тельного источника питания, виброустойчивость и др.

Внастоящее время известны многие типы коммутаторов, отличаю­ щиеся друг от друга используемыми элементами, схемным решением, конструктивным выполнением и т. д.

Взависимости от конструктивного выполнения коммутаторы

могут быть разделены на две группы — аппаратные коммутаторы

исхемные коммутаторы.

Каппаратным коммутаторам относятся: электромеханические, электроннолучевые и фотоэлектрические. Схемные коммутаторы со­ бираются из стандартных электромагнитных, вакуумных, полупро­ водниковых и других элементов.

Примером электромеханического коммутатора может быть миниа­ тюрный электродвигатель, с ротором которого связана щетка, сколь­ зящая по контактам. Такие коммутаторы обладают незначительным ресурсом, однако ресурс возрастает при помещении контактного

устройства в кремнийорганическую жидкость (тысячи часов). К электромеханическим коммутаторам относится также шаговый искатель, представляющий собой ряд неподвижных пластин, распо-

405

лоясенных по окружности (контактное поле). Контактное поле состоит из нескольких рядов контактов, по которым электромагнитом пере­ мещают щетки, жестко связанные между собой, но электрически изолированные. Срок службы — сотни тысяч обходов. Коммутаторы имеют незначительное сопротивление контактов, низкий уровень собственных шумов, что позволяет применять их для переключений

Электроннолучевой коммутатор представляет собой электронно­ лучевую трубку, у которой вместо экрана имеются контактные электроды. Переключение каналов производится перемещением элект­ ронного луча с одного электрода на другой при помощи электро­

элементов (диодов, транзисторов, интегральных схем).

По принципу построения переключающие устройства могут быть разделены на следующие группы: 1) с отключением невыбранных ка­ налов; 2) с закорачиванием невыбранных каналов; 3) комбинирован­ ные. Переключающие устройства с отключением неопрашиваѳмых каналов могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. На рис. 311 показана одна из возможных структурных схем одноступен­ чатого коммутатора с отключением невыбранных каналов. Генератор

при помощи ключей (К) приключает напряжения измерительных преобразователей (U) к нагрузке z„. На рис. 312 показан пример двухступенчатого коммутатора. Измерительные преобразователи раз­ биваются на щ групп с равным числом (щ) преобразователей в каждой группе. В цепи каждого измерительного преобразователя имеется ключ (ключи К-у ... Кп). Каждая группа измерительных преобразо-

406

вателей имеет групповой ключ (ключи К\ ... Кп.>). Схема управлении ключами имеет два зависимых распределители импульсов {Pill

иРИ2), работающих от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Алгоритм работы распределителей импульсов следующий: в исход­

ном положении распределитель РИ2 находится в первом положении, при зто.м ключом К\ включаются на нагрузку zn ключи 1-й группы; распределитель Pill поочередно замыкает цепи всех измерительных преобразователей, но на выходе получаются сигналы только от пер­ вой группы преобразователен; после опроса всех измерительных пре­ образователей распределитель Р112 переходит во второе положение

гти

ZH

-CZD-

Выход

Рис. 312. Двухступенчатый коммутатор

ипроцесс опроса всех преобразователей повторяется; цикл заверша­

ется пропуском сигналов преобразователей п2 группы.

Очевидно, что общее число каналов в данном случае АТ — nxnz. Достоинствами двухступенчатого переключателя являются сокраще­

в некоторых случаях в качестве групповых ключей применять ключи с механическими контактами (например, электромагнитные реле), обеспечивающие лучшие метрологические характеристики коммута­ тора вследствие «идеальности» ключей. На рис. 313, а показана экви­ валентная схема переключающих цепей одноступенчатого коммута­ тора, на рис. 313, б — двухступенчатого коммутатора. Число ступе­ ней коммутатора может быть увеличено до M. В этом случае, как пока­ зано на рис. 313, в, переключающие цепи образуют так называемую пирамиду контактов.

На рис. 314 показана эквивалентная схема переключающего уст­ ройства с закорачиванием невыбранных каналов. Как видно из схемы, выбор і-го канала (на схеме рис. 314 — первого) произво­ дится путем размыкания цепи г-го канала. Остальные переключающие

407

устройства при этом замкнуты н шунтируют неопрашнваемые каналы. Основной метрологической характеристикой коммутатора является

элементах, вследствие их «неидеальности» и наличия остаточных параметров. Как показывают исследования, в схемах с отключением

408

неопрашііваемых каналов погрешности переключающего устройства возрастают с увеличением числа каналов. В схеме с закорачиванием неопрашиваемых каналов коэффициент передачи ßK значительно мень­ ше единицы, что затрудняет применение этих схем. Электронные коммутаторы обладают очень высоким быстродействием, что в ряде случаев делает их применение неизбежным. Однако вследствие по­ грешности они применяются для переключения сигналов высокого уровня (вольты). Для повышения точности электронных коммута­ торов иногда применяются специальные, обычно более сложные, схемы с компенсацией погрешности.

Рпс. 315. Коммутатор с матричной схемой управления

Погрешности, вносимые коммутатором, существенно уменьша­ ются, если применить измерительный преобразователь с частотными, время-импульсными или цифровыми унифицированными сигналами, так как в этих случаях амплитудные искажения сигнала практически не вызывают погрешности. Однако измерительные преобразователи этих типов значительно сложнее и дороже преобразователей с выход­ ным сигналом в виде напряжения постоянного тока, которые и при­ меняются преимущественно при массовых измерениях.

В схемах управления переключающим устройством, помимо распредели­ телей импульсов, применяются так называемые матричные схемы. Пример ком­ мутатора с матричной схемой управления показан на рис. 315. Схема управления состоит из набора триггеров (в данном случае трех: Тгі, Тг2 и ТгЗ), работающих в режиме двоичного счета.

Матрица образуется вертикальными шинами, идущими от триггеров и гори­ зонтальными шинами, через которые подаются сигналы на ключи Кі от источ­ ника с напряжением Un. Вертикальные и горизонтальные шины соединены дио­ дами, расположенными в определенном порядке. В исходном состоянии (на

(на схеме показан третий канал, открыт диод третьего канала левой шины триг­

409