Файл: Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов.pdf

время динамического запоминания обратно пропорцио­ нально скорости изменения подобных функций и огра­ ничивается областью монотонности и непрерывности этих функций.

7-2. Компенсационные ПМВ со статическим запоминанием

Если в качестве F (at) используется функция напря­ жения U(t), то запоминание несложно обеспечить, при­ менив статические запоминающие устройства (пиковые расширители). Обобщенная блок-схема преобразователя с таким устройством приведена на рис. 7-1,я. В этой схеме стартовые импульсы запускают генератор функ­

Линейные функции напряжения, как уже указывалось, могут^ быть получены с помощью интегрирующих устройств или путем использования начального участка экспоненциального и синусоидального напряжений. Воз­ можности применения линейных преобразователей с ис­ пользованием этих функций были рассмотрены выше, в связи с чем в дальнейшем будут рассмотрены только

ПМВ, использующие экспоненциальные и синусоидаль­ ные функции напряжения,

154

Экспоненциальные преобразователи. В [Л. i29, i3l] описаны схемы экспоненциальных преобразователей, в ко­ торых используется расширитель с открытым входом. Вариант такой схемы приведен на рис. 7-2. В исходном состоянии ключи Кл 1 и Клг замкнуты. При их размыка­ нии напряжение на конденсаторах изменяется по экспо­ ненциальному закону с постоянными времени ti = ./?iCi п xz—RiCz- Стоп-импульс возвращает ключ Клу в исход­ ное состояние, диод Д запирается, и конденсатор Ci

В ы ход

Рис. 7-2. Экспоненциальный ПМВ со статическим запомина­ нием.

некоторое время сохраняет заряд. При обеспечении усло­ вия преобразованный интервал, фиксируемый схе­ мой сравнения в момент равенства напряжений на кон­ денсаторах, значительно превосходит измеряемый интервал.

Схема сброса предназначена для разряда конденса­ торов по окончании преобразованного интервала. Кон­ денсатор Су здесь выполняет две функции: является эле­ ментом пикового расширителя и генератора экспоненци­ ального напряжения. В приведенной на рис. 7-2 схеме из-за влияния ряда факторов возникают погрешности, связанные с нелинейностью и нестабильностью функций преобразования. Рассмотрим эти погрешности.

Запишем выражения для изменения напряжения на конденсаторах Ci и С2 за измеряемый /„ и преобразо-

155

банный Тп интервалы времённ:

Здесь т2/т1= /(п — коэффициент преобразования. Однако практически условие ECi(tn) = Uc2(Tn) трудно

обеспечить, так как схема сравнения имеет конечное значение порога чувствительности Un, напряжение на конденсаторе Ct за время Та уменьшается (погрешность запоминания бU3n), а коэффициент передачи пикового расширителя Др=?-1. Тогда

156

Выражение (7-12) позволяет рассчитать погрешность для данной конкретной реализации ПМВ со статическим запоминанием. Как видно из выражения (7-12), точ­ ность преобразования в значительной степени зависит от погрешности запоминания пикового расширителя, которая растет с увеличением коэффициента преобразо­ вания. Ток разряда, характеризующий эту погрешность,, определяется в основном обратным током диода и для-

для рассматриваемой схемной реализации относительно

образования КпД<Ю3 нсек. Тогда, если диапазон пре­ образуемых интервалов составляет 1— 1 0 нсек, Кп.макс^ЮО. При увеличении К„ до значения 103 по­ грешность возрастает в 3 раза.

Таким образом, получение больших коэффициентов преобразования в рассматриваемом типе ПМВ затруд­ нительно в связи с несовершенством систем статиче­ ского запоминания. Смещение функции преобразования (7-11) относительно нуля (Т„Ф 0 при £ц=0) может быть исключено введением в стартовый канал задержки

К числу факторов, определяющих разрешающую спо­ собность преобразователя, следует отнести; нестабиль­ ность начального уровня Uш относительно Дог, неста­ бильность ДС-параметров схемы, изменение чувстви­ тельности схемы сравнения U„, нестабильность коэффи-

157

Цйепта передачи расшнриФеля 7(Р, изменение обратного

личину порядка тысячных долей процента и ею можно пренебречь. Влияние нестабильности /?С-параметров можно найти из формулы (7-8)

Поскольку эта погрешность не может быть кратко­ временной, ее нетрудно исключить калибровкой преоб­ разователя. То же самое относится к погрешности за счет нестабильности коэффициента передачи пикового расширителя 67’П(А/СР).

та использования напряжения эта величина возрастает.

Так, при tIt/n = 2 6Ta (AU„) =0,16%.

Эта составляющая пропорциональна коэффициенту преобразования и в связи с этим оказывает существен­ ное влияние на разрешающую способность. Для пара­ метров схемы преобразователя, погрешности, которого представлены на рис. 7-3 при tn/xi = l, 7СП=Ю0 и Ti = = 10 нсек, 50%-иое изменение тока /р (например, вслед­ ствие изменения температурных условий) вызовет по­ грешность 67'п(А/р) =0,2%; однако при 7СП=1 000 эта по-

158

грешность будет составлять уже 2%. Это еще раз ука­ зывает на трудности реализации в ПМВ со статическим запоминанием больших коэффициентов преобразования.

Формулы (7-9) — (7-14) позволяют проводить инже­ нерные расчеты при оценке погрешности и разрешающей способности рассматриваемого типа ПМВ.

Один из вариантов схемной реализации ПМВ со ста­ тическим запоминанием приведен в [Л. 130]. Упрощен­

циальному закону с постоянной

времени X i=R Ci. По окончании измеряемого интервала замыкается ключ Кл2 и начинается заряд конденсатора С2. В момент времени, когда напряжение иа диоде, равное разности напряжений на конденсаторах Ci и С2, станет равным нулю, дискриминатор Д с вырабатывает импульс, который вместе со стартовым образует преобразованный интервал. Коэффициент преобразования рассмотренной схемы равен:

Приведенная на рис. 7-4 схема.по принципу действия не отличается от рассмотренной выше. Для нее также справедливы выведенные ранее соотношения, характе­ ризующие точность преобразования. Однако использова­ ние расширителя с закрытым входом имеет некоторые особенности. К их числу относится то, что коэффициент преобразования, как видно из выражения (7-17), опреде­ ляется только отношением емкостей конденсаторов Сi и С2, что позволяет повысить температурную стабиль­ ность работы преобразователя. Однако необходимая при калибровке подстройка коэффициента преобразования

159