Сравнивающих устройств

во временной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на 7.24. Основными узлами цифрового вольтметра, которые осуществляют связь измеряемого напряжения с временным интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоянного напряжения Ux устройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запускает ГЛИН, а также устанавливает триггер в положение «О». Напряжение L/x подается на входное устройство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем постоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устройства //. Вход 2 сравнивающего устройства / заземлен. На входы / сравнивающих устройств 1 н II подается линейно нарастающее напряжение ии ( 7.25). При равенстве входных напряжений сравнивающие устройства на своих выходах вырабатывают короткий импульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства / (и„ = 0), второй импульс — от сравнивающего устройства // при и„ = (7Л. При тгом первый импульс посредством триггера обеспечивает начало работы ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных импульсов с периодом времени TN. При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следовательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения V х с линейно нарастающим напряжением кн, так и преобразование его во временной интервал Тх.

По сигналу «Запуск» устройства управления УУ счетчик СЧ «сбрасывает» в нулевое состояние, а генератор линейно изменяющегося напряжения ГЛИН подает напряжение илин пилообразной формы на сравнивающие устройства СУ'\ и СУ2-

Существуют мостовые цепи, в которых уравновешивание производится в одних случаях только либо по модулю, либо по фазовому углу (6.7), в других случаях — по активной или реактивной составляющим измеряемого сопротивления. Такие мосты называют полууравновешенными; в них применяются специальные сравнивающие устройства, реагирующие на изменение той величины, по которой мост уравновешивается.

Полученное выражение справедливо только в том случае, когда мост уравновешен. В процессе уравновешивания моста можно выделить две операции (см. гл. 6) :• выбор поддиапазона измерения (регулировка отношения Rz/Rt) и точное уравновешивание (регулировка R2). Контроль равновесия производится сравнивающим устройством СУ (см. 11.8). В качестве сравнивающего устройства обычно используются гальванометры или специальные приборы — микровольтнаноамперметры. Обладая высокой стабильностью нулевого уровня и реагируя на малейшие изменения тока в индикаторной диагонали, сравнивающие устройства не выдерживают больших токовых перегрузок, которые возникают, если состояние мостовой схемы далеко от равновесия, поэтому для защиты сравнивающих устройств от перегрузок в индикаторную диагональ моста вводится добавочный резистор Rn (см. 11.8, 11.9), значения которого обычно 105 Ом или более.

Основной проблемой теории ИКШ является проблема неоднозначности считывания кода. Суть ее состоит в следующем. Так как реальные сравнивающие устройства, формирующие ИКШ, имеют погрешности задания порогов, то в окрестности каждого порога имеется зона, в которой выходной сигнал не строк: определен, т. е. он может принять как значение «О», так и значение «Ь. Поэтому на границе смены тех соседних кодовых комбинаций, в которых просхидит одновременно не меньше двух переходов 0 -*• 1 или 1 --+• 0, на выходе ИКШ в зоне «расплывчатости» появляются не только соседние кодовые комбинации, но и другие комбинации, что приводит к грубым погрешностям преобразования.

Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) соединен со входами двух сравнивающих устройств СУ/ и СУ2 и с момента запуска 10, когда напряжение UK начинает линейно нарастать, сравнивающие устройства поочередно срабатывают в моменты времени
Элементы и узлы цифровых измерительных устройств. Цифровые измерительные устройства реализуют с использованием аналоговых и цифровых (логических) узлов, назначение которых в различных устройствах аналогично. Основными функциональными элементами, применяемыми для построения аналоговых узлов, в последнее время стали операционные усилители в гибридном и монолитном интегральном исполнении. Основой же построения цифровых блоков являются схемы, выполняющие логические операции. К аналоговым узлам относят: источники стабильного и изменяющегося по определенному закону напряжения (тока), ключи (коммутаторы аналоговых сигналов), интеграторы, делители напряжения и тока, сравнивающие устройства, предварительные усилители и фильтры. Среди цифровых узлов наибольшее распространение в ЦИП получили: триггеры (элементы с двумя устойчивыми состояниями), счетчики импульсов, логические схемы, запоминающие устройства, дешифраторы, отсчетные устройства, генераторы импульсов и др.

Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) соединен со входами двух сравнивающих устройств СУ1 и СУ2 и с момента запуска tot когда напряжение UK начинает линейно нарастать, сравнивающие устройства поочередно срабатывают в моменты времени /х и /а. При этом на выходах СУ1 и СУ2 появляются импульсы, переводящие триггер Те в два состояния. На протяжении интервала времени

Элементы и узлы цифровых измерительных устройств. Цифровые измерительные устройства реализуют с использованием аналоговых и цифровых (логических) узлов, назначение которых в различных устройствах аналогично. Основными функциональными элементами, применяемыми для построения аналоговых узлов, в последнее время стали операционные усилители в гибридном и монолитном интегральном исполнении. Основой же построения цифровых блоков являются схемы, выполняющие логические операции. К аналоговым узлам относят: источники стабильного и изменяющегося по определенному закону напряжения (тока), ключи (коммутаторы аналоговых сигналов), интеграторы, делители напряжения и тока, сравнивающие устройства, предварительные усилители и фильтры. Среди цифровых узлов наибольшее распространение в ЦИП получили: триггеры (элементы с двумя устойчивыми состояниями), счетчики импульсов, логические схемы, запоминающие устройства, дешифраторы, отсчетные устройства, генераторы импульсов и др.

Сравнивающие устройства (СУ). Эти устройства предназначены для сравнения двух величин: хг (например, известной) и xz (неизвестной), и формирования выходного сигнала у, уъ yz в зависимости от результатов сравнения ( 6.16, а и б).

устройства СУ0, СУ-2, ..., СУ„-г выдают сигналы на формирующее устройство ФУ в моменты времени равенства напряжения ГЛИН и нижнего уровня измерительного канала (точки 6lt 62, ... на 9.15). Сравнивающие устройства СУ1; СУ3, ..., СУп выдают сигналы в моменты равенства напряжения ГЛИН и U't (точки ait а%, ... на 9.15). В эти моменты времени заканчивается формирование формирователем ФУ ( 9.14) прямоугольных импульсов,

во временной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на 7.24. Основными узлами цифрового вольтметра, которые осуществляют связь измеряемого напряжения с временным интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоянного напряжения Ux устройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запускает ГЛИН, а также устанавливает триггер в положение «О». Напряжение L/x подается на входное устройство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем постоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устройства //. Вход 2 сравнивающего устройства / заземлен. На входы / сравнивающих устройств 1 н II подается линейно нарастающее напряжение ии ( 7.25). При равенстве входных напряжений сравнивающие устройства на своих выходах вырабатывают короткий импульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства / (и„ = 0), второй импульс — от сравнивающего устройства // при и„ = (7Л. При тгом первый импульс посредством триггера обеспечивает начало работы ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных импульсов с периодом времени TN. При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следовательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения V х с линейно нарастающим напряжением кн, так и преобразование его во временной интервал Тх.

снимаемые с датчиков, а также с выхода сравнивающих устройств, обрабатываются и выдаются в форме, удобной л ля дальнейшего использования, например:

3. Метод считывания. В этом методе используется набор из 2™ — 1 эталонов. Младший из эталонов равен одному кванту, следующие — двум, трем квантам и т. д. Входная величина одновременно сравнивается со всеми эталонами. Это иллюстрируется 10.4. Результатом является код в виде сигналов на выходах сравнивающих устройств.

Сравнение рассмотренных методов показывает, что достоинством метода последовательного уравновешивания является простота аппаратной реализации, поскольку требуется только один эталон, недостатком — большое количество шагов, которые необходимо сделать для уравновешивания, т. е. этот метод преобразования самый медленный. В противоположность ему достоинством метода считывания является быстродействие, недостатком — наличие большого числа эталонов и сравнивающих устройств, т. е. сложность аппаратной реализации. Промежуточное место занимает метод поразрядного уравновешивания. Он обладает приемлемым быстродействием и прост в реализации.

Полученное выражение справедливо только в том случае, когда мост уравновешен. В процессе уравновешивания моста можно выделить две операции (см. гл. 6) :• выбор поддиапазона измерения (регулировка отношения Rz/Rt) и точное уравновешивание (регулировка R2). Контроль равновесия производится сравнивающим устройством СУ (см. 11.8). В качестве сравнивающего устройства обычно используются гальванометры или специальные приборы — микровольтнаноамперметры. Обладая высокой стабильностью нулевого уровня и реагируя на малейшие изменения тока в индикаторной диагонали, сравнивающие устройства не выдерживают больших токовых перегрузок, которые возникают, если состояние мостовой схемы далеко от равновесия, поэтому для защиты сравнивающих устройств от перегрузок в индикаторную диагональ моста вводится добавочный резистор Rn (см. 11.8, 11.9), значения которого обычно 105 Ом или более.

Эти практические соображения выдвигают задачу синтеза ИКШ, обеспечи-нающей однозначность отсчета и состоящей из сравнивающих устройств с одинаковым минимально достижимым числом порогов. В работе [74] предложен алгоритм построения такой ИКШ, в которой А- (к '.;» 5) сравнивающих устройств с t (I «С ^ k) порогами н каждом формируют Л' — Ы кодовых комбинаций для четным / и N ~-~ kl -;- 1

Реализация многопороговых сравнивающих устройств в ИКШ и перекодирующего устройства, осуществляющего переход от промежуточного кода, свободного от неоднозначности считывания, к двоичному безызбыточному или двоично-десятичному коду, в настоящее время проще всего осуществляется на основе постоянных запоминающих устройств ПЗУ ( 4.11).

Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) соединен со входами двух сравнивающих устройств СУ/ и СУ2 и с момента запуска 10, когда напряжение UK начинает линейно нарастать, сравнивающие устройства поочередно срабатывают в моменты времени
Выход генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛН) соединен со входами двух сравнивающих устройств СУ1 и СУ2 и с момента запуска tot когда напряжение UK начинает линейно нарастать, сравнивающие устройства поочередно срабатывают в моменты времени /х и /а. При этом на выходах СУ1 и СУ2 появляются импульсы, переводящие триггер Те в два состояния. На протяжении интервала времени

Используя соответствующие результаты теории информации и ограничиваясь рассмотрением только двоичных сравнивающих устройств, можно показать [Л.7-191, что для равномерно распределенной в диапазоне измерения измеряемой величины оптимальными являются двоично-десятичные коды 5—2— !_!, 4—4—2—1, 4—2—2—1, 5—3— 2—1, 5—3—1—1, 5—2—2—1, 6—4— 2—1, 6—2—2—1. При нормальном законе распределения измеряемой величины оптимальными являются двоично-десятичные коды 6—4— 2—1 и 4—4—2— 1.

Погрешность измерения возникает вследствие нелинейности изменения линейно-падающего напряжения, нестабильности порога срабатывания сравнивающих устройств