Характеристики преобразователей

В состав АЦП входят «-разрядный триггерный регистр результатов преобразования DD^—DD,,, управляющий разрядами ЦАП; компаратор, связанный с устройством управления УУ и содержащий генератор тактовой частоты. Реализуя в УУ различные алгоритмы работы АЦП, получают различные характеристики преобразователя.

Полупроводниковый преобразователь представляет собой генератор напряжения (приблизительно прямоугольной формы), как правило, звуковой частоты, который выпрямляется и фильтруется (идея такого преобразования и краткие характеристики преобразователя рассмотрены в § П.8).

Способ отрицательной обратной связи, при условии линейности характеристики преобразователя обратной связи, позволяет уменьшить погрешность нелинейности. В этом случае можно записать:

Наличие поправочной функции в (12.9) указывает на нелинейность характеристики преобразователя относительно магнитной индукции. Практически линейной можно считать функцию преобразования такого преобразователя, в котором отношение длины к ширине больше 2...3 и верхний предел диапазона преобразования по индукции не превышает 1...5 Тл.

При этом приходится прибегать к коррекции динамических характеристик. Использование для этой цели корректирующих устройств сопряжено, с одной стороны, с увеличением статических погрешностей, а с другой — с возрастанием влияния дестабилизирующих факторов и, главным образом, помех. Кроме того, для эффективной коррекции необходимо знать динамические характеристики преобразователя. Следует, однако, отметить, что динамические характеристики преобразователей неэлектрических величин не всегда являются постоянными, ибо в ряде случаев они определяются не только конструкцией преобразователя, но зависят также от свойств исследуемой среды и условий взаимодействия с ней. Это создает дополнительные трудности при коррекции динамических характеристик, так как значение параметров динамических характеристик должно измеряться в этом случае наряду с измерением искомой неэлектрической величины и должна быть обеспечена автоматическая подстройка корректирующего преобразователя.

Температурная зависимость э. д. с. Ех гальванического преобразователя компенсируется падением напряжения ?/в =* I*Re на термометре сопротивления ТС. Путем изменения тока /2 с помощью переменного резистора R4 добиваются соответствия закона изменения U% с температурой и крутизной характеристики преобразователя. При этом ток /вых, измеряемый измерительным прибором ИП, будет определяться только значением рН раствора независимо от его температуры. Требования к параметрам усилителя в основном определяются высоким внутренним сопротивлением (10Т...1 09 Ом) и малой мощностью (около 10~13 Вт) гальванического преобразователя. Поэтому усилитель должен обладать большим входным сопротивлением (не менее 1012 Ом), которое достигается за счет использования электрометрических усилителей или усилителей типа МДМ с динамическим конденсатором в качестве модулятора. В последнее время в усилителях постоянного тока с прямой связью начали использовать вместо электрометрических ламп полевые транзисторы.

( 1-3, а), половина ширины которой и есть номинальная погрешность преобразователя. Распределение ширины полосы неопределенности вдоль характеристики преобразователя (или шкалы прибора) может иметь двоякий характер. Эта ширина 2А0 может оставаться постоянной вдоль всей характеристики преобразователя, как показано на 1-3, а. В этом случае погрешность преобразования Л0 называется погрешностью нуля или аддитивной, так как она не зависит от текущего значения измеряемой величины. В другом случае ширина полосы погрешностей ( 1-3, б) возрастает пропорционально текущему значению х измеряемой величины. Такая погрешность называется п о г р е ш -

По аналогии с рабочим диапазоном преобразователя по входной величине можно говорить о рабочем диапазоне по посторонним влияющим величинам, в котором погрешность преобразования не превышает номинального значения. Так, рабочий диапазон изменения питающего напряжения (сети) обычно принимается равным ±10% или ос +5 до —15%. При превышении посторонней величиной пределов рабочего диапазона преобразователь может сохранять работоспособность, но погрешность его возрастает. Поэтому погрешности от внешних факторов называют дополнительными и характеризуют сдвигом нуля или относительным изменением чувствительности на определенное изменение влияющей величины. Например, указывают, что температурная погрешность нуля датчика составляет 2% от предела измерения на каждые 10 град г изменения температуры или погрешность чувствительности усилителя равна 5% на 10% изменения напряжения питания и т. д. Для наиболее полной характеристики преобразователя в отношении влияния посторонних факторов надо было бы указывать по каждому из факторов рабочий диапазон, диапазон работоспособности и дополнительную погрешность.

Амплитудно-частотная и фа-зо-частотная характеристики преобразователя, включенного в измерительную цепь, представлены на 3-15.

Применительно к 4-12, а функции Z1 = Д (8); Za = /2 (8) и (Zl — Za) = /з (&) изображены на 4-13, из которого видно, что линейный участок характеристики преобразователя значительно

Для увеличения чувствительности преобразователя к измеряемой величине следует максимально использовать длину зазора, т. е. увеличивать А8/8. Увеличение А8/8 ограничено соображениями по нелинейности характеристики преобразователя ( 4-13). При работе преобразователя в режиме заданного напряжения можно получить линейную зависимость в широких пределах увеличения А8/8.

Частотные характеристики преобразователей П1, П2 могут быть вычислены при помощи обратного преобразователя Фурье:

На 6.9, б приведены входные и выходные характеристики преобразователей. Во II и III квадрантах даны характе» ристики преобразователя П1, а в квадрантах I и IV — харак-теристики преобразователя П2.

4.2. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРВОГО ПОРЯДКА

Таблица 4.1. Динамические характеристики преобразователей первого порядка

4.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВТОРОГО ПОРЯДКА

Проанализируем теперь амплитудно-частотные характеристики преобразователей при наиболее часто встречающихся формах входного воздействия.

4.2. Динамические характеристики преобразователей первого порядка ......... 57

4.3. Динамические характеристики преобразователей второго порядка ......... 61

Характеристики преобразователей в частотной области. С характеристиками преобразования во временной области однозначно связаны характеристики преобразования в частотной области: передаточная функция

При этом приходится прибегать к коррекции динамических характеристик. Использование для этой цели корректирующих устройств сопряжено, с одной стороны, с увеличением статических погрешностей, а с другой — с возрастанием влияния дестабилизирующих факторов и, главным образом, помех. Кроме того, для эффективной коррекции необходимо знать динамические характеристики преобразователя. Следует, однако, отметить, что динамические характеристики преобразователей неэлектрических величин не всегда являются постоянными, ибо в ряде случаев они определяются не только конструкцией преобразователя, но зависят также от свойств исследуемой среды и условий взаимодействия с ней. Это создает дополнительные трудности при коррекции динамических характеристик, так как значение параметров динамических характеристик должно измеряться в этом случае наряду с измерением искомой неэлектрической величины и должна быть обеспечена автоматическая подстройка корректирующего преобразователя.

2.3. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ