Výstupní hodnota v parametrických převodníkech je parametr elektrického obvodu - elektrický odpor nebo jeho složky (R, L, C). Pro použití parametrického konvertoru je nutný volitelný zdroj napájení pro vytvoření výstupního signálu konvertoru.
Nejčastěji používané parametrické převodníky zahrnují tření, pantomenziva (teizoristory), memo citlivá (temmorezistory nebo teploměry odporu), induktivní, kapacitní, optoelectronic.(fotorezistory, fotodiody atd.), ionizace atd.
Princip operace měniče bolesti Na základě změny elektrického odporu vodiče pod vlivem vstupní hodnoty - mechanického pohybu. Robustní převodník (obr. 3.1) je řádek, který se pohybuje pohyblivý kontakt měřené neelektrické hodnoty. Konvertor navíjení je vyrobeno ze slitin (platina s Iridium, Konstanta, Nichrom, Fechral, \u200b\u200batd.).
Takové měniče mají statickou transformační charakteristiku s stupňovitým znakem, protože odpor je měřen skoky rovnou odporem jednoho zatáčku, což způsobí chybu
kde dr je odporem jednoho obratu;
R je plná odolnost konvertoru.
Tato chyba chybí recoorda. Převodníky, ve kterých kartáč sklíjejí podél osy drátu.
Chcete-li získat nelineární funkci konverze, použijte funkční Převodníky bolesti. Požadovaná povaha konverze je často dosaženo profilováním konvertoru rámu (obr. 1, b).
Výhody robustního snímače: relativní snadnost konstrukce, možnost získání vysoké přesnosti konverze a významné přes úroveň výstupních signálů. Hlavní nevýhodou je přítomnost posuvného kontaktu.
TaSmenefectna základě práce teizoristoryMěří se účinnou odolností vodiče (polovodičů) pod účinkem mechanického namáhání a deformace v něm.
Pokud je drát mechanicky vystaven, například protahování, pak se jeho odolnost změní. Relativní odolnost proti drátu
D. R / r \u003d s ∙D. l / l,
kde S. - součinitel citlivosti stresu;
D. l / L.- Relativní drátová deformace.
Změna odolnosti proti drátu v mechanické expozici je vysvětleno změnou geometrických rozměrů (délka, průměr) a specifický odpor materiálu.
Převodníky pastárního drátu Jsou to tenký klikatý a nalepený na drátěný substrát. Konvertor je instalován takovým způsobem, že směr očekávané deformace se shoduje s podélnou osou drátěné mřížky. Materiál pro převodník obvykle používá konstantanový drát (v konstantanu - malý teplotní koeficient odporu) a pro substrát - tenký papír (0,03 ... 0,05 mm) a fólie lak nebo lepidlo (BF-2, BF-4, Bakelite a Dr.).
Distribuce také přijata fólie měničeKdo je místo drátu použita fólie a filmové Tesorressors.získané sublimováním materiálu citlivého na stresu následovaný nanášením na substrátu.
Výhody sítolů: linearita statických konverzních charakteristik, jednoduchost návrhu a malých rozměrů. Hlavní nevýhodou je nízká citlivost.
V případech, kdy je vyžadována vysoká citlivost, použijte polovodič Pastvorové měniče (polykrystalické práškové polovodičové a monokrystalické křemíkové krystaly). Vzhledem k tomu, že citlivost polovodičových tezorresorů je desetkrát vyšší než je metalíza, a navíc, integrální technologie umožňuje v jednom křemíku krystalu tvořit současně tesoronzistory, tak i mikroelektronové zpracovatelské jednotky, v posledních letech obdrželi preferenční vývoj integrovaného polovodičového stresu citlivé měniče. Takové prvky jsou implementovány buď podle technologie difuzních odporů s jejich izolací z vodivého křemíku substrátu P-N-přechodů - technologie křemíku na křemíku, nebo heteroepitaxiální technologií "Silikon na dielektriku" na skleněné keramické, křemene nebo safír. Pro měniče citlivých na napětí, zejména polovodič, významně ovlivňují teplotu na jejich elastické a elektrické vlastnostiTo vyžaduje použití speciálních schematických kompenzačních systémů (zejména pro tento účel v rozšířeném systému tensomost. Používají se kompenzační odpory a termistory). Zejména rozšířené použití při výrobě měření snímačů tlaku Na základě jejich vysokých mechanických, izolačních a tepelně odolných vlastností je technologie knů "silikonem na safír".
Zlepšení technologie výrobních polovodičových sítolů vytvořil schopnost vyrábět sítka přímo na krystalickém prvku z křemíku nebo safíru. Elastické prvky krystalických materiálů mají elastické vlastnosti, které se blíží ideální. Přilnavost tezorresoru s membránou v důsledku molekulárních síly umožňuje opustit použití lepicích materiálů a zlepšit metrologické vlastnosti měničů. Obrázek 3.2, a ukazuje safírovou membránu 3 s jedním písčitým kmenem p.-Type s pozitivním 1 a negativní 2 citlivost. Pozitivní citlivost má Tesorresor, který má poměr\u003e 0, pokud<0 – чувствительность отрицательна.
Struktura jednobodedného sítka je znázorněna na obr.3.2, b. Tady: 1 - tesorresor; 2 - ochranný kryt; 3 - metalizované stezky nesoucí proud; 4 - Elastický prvek konvertoru (Sapphire membrána). Storší mohou být umístěny na membránu, takže během deformace budou mít různé odolné známky. To vám umožní vytvářet mostové obvody, v každé ramena, z nichž existují tesoristy s odpovídající hodnotou a dokonce i termocomption prvky.
Testorusistory se používají k měření deformací a jiných neelektrických hodnot - úsilí, tlaky, momenty atd.
Princip operace terminesister Na základě závislosti elektrického odporu vodičů nebo polovodičů z teploty. Podle provozního režimu se vyznačují termistory přehřátý a bez úmyslného přehřátí. Přehřáté se používají k měření rychlosti, hustoty, střední kompozice atd. V přehřátých měničech elektřina Způsobuje přehřátí, v závislosti na vlastnostech média. Ty se používají k měření okolní teploty.
Šíření bylo získáno termátory z mědi nebo platinového drátu. Standard platinové termistory. Slouží k měření teploty v rozmezí od -260 do +1100 ° C, měď - v rozmezí od -200 do +200 ° C (GOST 6651-78). Nízkoteplotní platinové termistory (GOST 12877-76) se používají k měření teploty v rozmezí od -261 do -183 ° C.
Obrázek 3.3, alezobrazí se zařízení termistoru platiny. V kanálech keramické trubky 2 existují dvě (nebo čtyři) sekce spirály 3 z platinového drátu, vzájemně propojené.
 |
Obrázek 3.3 - Zařízení a vzhled platinové výztuže
odpor teploměru
Závěry se pájily konec spirály 4, slouží k aktivaci termistoru do měřicího řetězce. Upevnění závěry a utěsnění keramické trubice produkují glazu 1 . Trubkové kanály usnou s bezvodým práškem oxidu hlinitého, který provádí roli izolátoru a spirálové držáku. Bezvodý prášek oxidu hlinitého s vysokou tepelnou vodivostí a nízkou tepelnou kapacitou poskytuje dobrý přenos tepla a malé setrvačnosti termistoru. Pro ochranu termistoru z mechanických a chemických účinků vnějšího prostředí je umístěn v ochranné výztuže (obr.3.3, b)nerezová ocel.
Pro měděné termistory je závislost odolnosti proti teplotě vyjádřena rovnicí
R \u003d r. 0 ∙ (1+ α T.) při -50 0 s ≤ t. ≤ +180 0 s,
kde R. 0 - Odpor, když t.\u003d 0 ° C; α \u003d 4,26 ∙ 10 -3 až -1. Pro platinu -
R \u003d r. 0 ∙ při 0 ° C ≤ t.≤ +650 0 s,
kde A \u003d.3,968 ∙ 10 -3 až -1; V \u003d.5,847 ∙ 10 -7 až -2; S\u003d -4,22 ∙ 10 -12 až -4.
Kromě platiny a mědi používají výrobu termistorů nikl (v cizích zemích).
Semiconductor termistory se také používají k měření teploty ( termistory a posměšný) Různé typy, které jsou charakterizovány velkým citlivostí (teplotní koeficient odolnosti termistoru TCS je negativní a při 20 ° C 10-15 násobek mědi a platinové tks, TCS pozitivní a poněkud horší) a mají vyšší odolnost (až 1) MΩ) s poměrně malé velikosti. Nedostatek termistorů je špatná reprodukovatelnost a nelinearita charakteristiky konverze.
Termistory se používají v teplotním rozmezí od -60 do + 120 ° C.
kde R a R 0 - odpor termistoru při teplotách, resp. T a t 0;
t 0 - počáteční teplota provozního rozsahu;
B - koeficient konverze.
Zahrnuty snímače citlivých na teplo termodiody a termotransistoraVe kterých se teplota přechodového odolnosti R-N změní se změnou teploty. Tato zařízení se obvykle používají v rozmezí od -80 ° do + 150 ° C. Nejčastěji, termodynicky a termistory jsou zahrnuty v mostních řetězcích a měřicích obvodech ve formě dělitelů napětí. Výhody těchto měničů zahrnují vysokou citlivost a spolehlivost, malé rozměry, nízké náklady a nízkou setrvačnost. Základní nevýhody: úzký provozní teplotní rozsah a špatná reprodukovatelnost statických charakteristik konvertoru.
Princip operace indukční měniče Na základě závislosti indukčnosti nebo vzájemné indukčnosti vinutí na magnetickém jádru na poloze, geometrické rozměry a magnetickým stavem prvků jejich magnetického řetězce (obr. 4.4). Obrázek 3.4 schematicky znázorňuje různé typy indukčních měničů. Indukční konvertor (obr. 4.4, a) s délkou proměnlivé větry Δ je charakterizován nelineární závislostí l \u003d f (δ). Takový konvertor se obvykle používá s pohybem kotvy o 0,01-5 mm.
 |
 |
 |
Obrázek 3.4 - Různé konstrukce indukčních měničů
Podstatně nižší citlivost, ale lineární závislost L \u003d f (y)existují měniče s variabilními částmi mezery (obr. 4.4, b).Tyto měniče se používají při pohybu do 10 ... 15 mm.
Rozšířený indukční diferenciální převodníky (Obr.3.4, na),ve kterém pod vlivem naměřené hodnoty současně se mění dvě lodě elektromagnetů s různými znaky. Diferenciální měniče v kombinaci s vhodným měřicím řetězcem (obvykle mostem) mají vyšší citlivost, méně nelinearita transformačních charakteristik zažívá menší účinek vnějších faktorů a sníženou výslednou kotevní sílu z elektromagnetu než diferenciální měniče.
Obrázek 3.4, g.zobrazí se schéma pro začlenění diferenciální indukční konvertorkteré mají výstupní hodnoty vzájemné indukčnosti. Takové měniče se nazývají vzájemně indukční nebo transformátor. Při napájení primárního vinutí se střídavým proudem a symetrickou polohou kotvy vzhledem k elektromagnetům EDC na výstupních svorkách je nula. Při pohybu kotvy na výstupních klipech se zobrazí EDC.
Převést relativně velké pohyby (až 50 ... 100 mm) převodníky transformátoru s otevřeným magnetickým řetězem (Obr.3.4, e).
V těžebním průmyslu byl distribuován magnetoelastické měniče(Obr.3.4, e.), jehož působení je založena na použití vlivu závislosti magnetické permeability (magnetický odpor řetězu) z velikosti mechanického nárazu (komprese nebo protahování) na jádru feromagnetického konvertoru. Rozlišujte mezi magnetoelastickými senzory Škrtící klapka a transformátor Typy. Ten může ovládat pouze kompresní sílu, ale mají větší citlivost.
Výhody indukčních a magnetoelastických měničů jsou jednoduchost a spolehlivost v práci, významné výkonové výstupní signály. Hlavními nevýhodami jsou opačný účinek konvertoru k předmětu, který je předmětem předmětu (účinek kotevního elektromagnetu) a účinek kotevní setrvačnosti na frekvenčních charakteristik zařízení.
Princip operace Kapacitní měniče Na základě závislosti elektrického kondenzátoru kondenzátoru z velikosti, relativní polohy svých desek a na hodnotě dielektrické konstanty média mezi nimi. Jedná se o kondenzátory různých konstruktů, které přeměňují mechanické lineární nebo úhlové pohyby, jakož i tlak, vlhkost nebo hladinu média pro změnu elektrické nádoby.
na)
Obrázek 3.5 - Různé konstrukce kapacitních měničů
Aplikovat také diferenciální měniče (Obr.3.5, b), které mají jeden mobilní a dva pevné desky. Při vystavení naměřené hodnotě h. tyto převodníky současně mění kontejnery S 1 I. S 2 . Takové měniče se používají pro měření relativně velkých lineárních (více než 1 mm) a úhlové posuny. V těchto měničech je snadné získat požadovanou konverzní charakteristiku profilovacích desek.
Měniče pomocí c \u003d závislosti f. 1 () se používají k měření hladiny kapalin, vlhkosti látek, tloušťky výrobků z dielektrika atd. Například (obr. 3.5, v ) dáváme zařízení kapacitní hladinoměr. Nádoba mezi elektrodami nasazenými na nádobu závisí na úrovni tekutiny, protože změna hladiny vede ke změně průměrné dielektrické permeability mezi elektrodami. Změnou konfigurace desek je možné získat požadovanou povahu závislosti svědectví přístroje z objemu (hmotnosti) tekutiny.
Pro měření výstupního parametru kapacitních měničů se používají můstkové řetězy a řetězy pomocí rezonančních obrysů. Ten umožňuje vytvářet zařízení s vysokou citlivostí schopnou reagovat na pohyb asi 10 -7 mm. Kapacitní měniče jsou obvykle poháněny zvýšeným frekvenčním proudem (až po tucet megahertz), který je způsoben touhou zvýšit signál vstupující do měřicího zařízení a potřebu snížit efektový účinek izolačního odporu.
Semiconductor fotosenzitivní měniče Jako citlivý prvek, fotosenzitivní vrstva aplikovaná na substrát (skleněná deska). Odpor této vrstvy je nepřímo úměrná intenzitě světelného proudu nebo výkonu napájení. Fotorezistory, fotodiody a fototransistory Mají relativně vysokou stabilitu, dobrou citlivost, ale jejich použití je omezeno v přítomnosti prachu, například uhlí, zabraňuje normálnímu provozu.
Akt ionizační měniče Na základě fenoménu ionizace plynovodu nebo luminiscence některých látek v působení ionizujícího záření. Jako ionizující agenti platí a.–, b-a G-radioaktivní látky, někdy rentgenové paprsky a neutronový záření. Volba typu ionizačního konvertoru závisí v mnoha ohledech od ionizujícího záření. Paprsky gama (Elektromagnetické oscilace nízké vlnové délky - 10 -8 ... 10 -11 cm) mají velkou pronikavou schopnost.
Konstrukce ionizačních komor a čítačů je různorodý a závisí na typu záření. Cobalt-60, Strontium-90, plutonium-239, atd. Obvykle se používají jako zdroje ionizujícího záření.
Výhody ionizačních měničů jsou v možnosti bezkontaktních měření v agresivním nebo výbušném prostředí, média s vysokou teplotou nebo pod vysokým tlakem. Hlavní nevýhodou: Potřeba aplikovat biologickou ochranu s aktivitou vysokého záření.
NA převodníky generátoru Výstupní hodnota je EMF nebo náplň, který je funkčně spojen s měřeným neelektrickým rozsahem.
Zvažte nejčastější typy převodníků generátoru.
Termoelektrické převodníky Práce na termoelektrickém účinku vznikajícím v řetězci termočlánky: Když se teplotní rozdíl v bodech 1 a 2 (Obr.3.6) Sloučeniny dvou heterogenních vodičů v termočlánkovém řetězci termhody..
Připojovací bod vodiče (elektrody) 1 odkazují na termočlánky, body 2 a 2" - Volné konce. Takže termočlánky v řetězci termočlánku je jednoznačně stanoveno teplotou pracovního konce, teplota volných konců termočlánku je udržována stejné a beze změny. Promoce termoelektrických teploměrů se obvykle vyrábí při teplotě volných konců 0 ° C. Provádění tabulek pro standardní termočlánky jsou také sestaveny za podmínek stejné teploty volných konců 0 ° C. S praktickým použitím termo-elektrických teploměrů se teplota volných konců termočlánku obvykle ne rovná 0 ° C, a proto je nutné zadat pozměňovací návrh.
Tacogenerátory Určeno pro měření úhlové rychlosti rotujících objektů. Rotor taogenerátorů je mechanicky spojován s hřídelem testovacího elektromotoru nebo ovladače a o úhlové rychlosti w. Jsou posuzovány generátorem výstupu EMF.
Z taogenerátorů obdržel největší rozložení tacogenerátory stejnosměrný proud Vyrobeno s permanentními magnety nebo s nezávislou excitací. Oblast jejich použití je velmi rozmanitá: Přesné DC Tacogerators se používají v letectví, stavitelství, stroje, stroje, metalurgické a jiné odvětví. Výhody těchto senzorů zahrnují dostatečně vysokou přesnost a přítomnost výstupního signálu DC, vhodné pro následné zpracování. Hlavní nevýhodou těchto taogenů je přítomnost uzlu sběrače štětcem, který snižuje spolehlivost provozu a trvanlivost konvertoru.
Synchronní taogenerátory Mají malý vnitřní odpor, což vám umožní dostat docela vysoký výkon od nich. Při změně rychlosti rotoru v synchronních strojích se nezmění pouze amplituda výstupního napětí, ale také jeho frekvence. Díky mechanické stabilitě, synchronní taogenerátory nalezeny v tramvajích, lokomotivách, jeřábových farmách atd.
Asynchronní taogenerátory Konstrukce je podobná dvoufázovým asynchronním motorům. Jejich rotory se obvykle provádějí ve formě tenkostěnného kovového válce. Dva vinutí statoru tachogenerátoru se posunou na vzájemně 90 °. Napájecí napětí je dodáváno do jednoho vinutí a EDC se odstraní z měření vinutí. Když je napájecí napětí aplikováno a pulzující magnetický tok, překračuje rotor, exprimuje v měření vinutí EMF, úměrné úhlové rychlosti w.rotor poháněný řízeným strojem nebo mechanismem. Hlavní výhodou asynchronních taogenerátorů je, že bez ohledu na rychlost otáčení EDC rotoru střídavý proud Při výstupu takového tachogenerátoru má konstantní frekvenci.
Hlavní nevýhody taogenerátorů zahrnují omezený kmitočtový rozsah naměřených hodnot. V posledních letech jsou tachogenerátoři postupně vysídleni foto Impulse a indukční Snímače, stejně jako speciální intelektuální konvertory - rohové pohyblivé Endiardators (pozice).
NA snímače impulsů fotografií Pulsy v optoelektronickém páru Radiační zdroj - Radiační přijímač (LED - Foto Converter) je vytvořen pomocí disků s drážkami nebo otvory, v některých pohonech se používají otočné díly. V drtivou většině poskytovat kodéry Také se používá jako citlivý prvek optoelektronického páru.
Impulsy indukční senzory Vytvořený pod vlivem pulzujícího nebo střídavého magnetického toku. Jako tělo modulující proud se podává speciální převodovky nebo rotující feromagnetické díly.
V piezoelektrických měničech je účinek vzhledu elektrických nábojů na povrchu některých krystalů (křemene, turmalin, segnetová sůl atd.) Ovlivněn mechanickým namáháním.
Obrázek 3.7.
přístroj piezoelektrický konvertor Pro měření střídavého tlaku je plyn znázorněn na obr. 3.7. Tlak R. prostřednictvím kovové membrány 1 přeneseno do sendviče mezi kovovými těsněními 2 Křemenné desky 3 . Míč 4 podporuje rovnoměrné rozložení tlaku na povrchu křemenných desek. Průměrné těsnění je připojeno k výstupu 5 procházející rukávem dobrého izolačního materiálu. Při vystavení tlaku R. mezi výstupem 5 a případ konvertoru vzniká rozdíl v potenciálech
Praktické práce číslo 4.
Provoz měřicích převodníků probíhá v obtížných podmínkách, protože objekt měření je zpravidla komplexní, mnohostranný proces, vyznačující se množstvím parametrů, z nichž každý působí na měřicí převodník spolu s ostatními parametry. Zajímáme se také o jeden parametr měřitelná velikosta všechny ostatní procesní parametry jsou zváženy rušení.Proto je každý měřicí převodník nastaven na přírodní vstupní hodnotakterý je nejlépe vnímán pozadí interference. Podobně můžete přidělit přírodní výstupní velikostměřicí konvertor.
Střídač neelektrických hodnot do elektrického z hlediska pohledu na signál na jeho výstupu lze rozdělit do generátoru, vynikajícího náboje, napětí nebo proudu (výstupní hodnota e \u003d f (x) nebo i \u003d f (x) a Vnitřní odpor ZBH \u003d CONST) a parametrický s výstupní odolností, indukčností nebo nádobou měnící se v souladu se změnou vstupní hodnoty (EMF E \u003d 0 a výstupní hodnota ve formě změny R, L, nebo C ve funkci x).
Rozdíl mezi generátorem a parametrickými převodníky je díky svým ekvivalentním elektrickým obvodům odrážejícím základním rozdílům v povaze fyzikálních jevů používaných v měničech. Převodník generátoru je zdrojem přímo vydaného elektrického signálu a měření změn parametrů snímače parametru je nepřímo, změnou proudu nebo napětí v důsledku jeho povinného začlenění do obvodu s externím zdrojem napájení. Elektrický obvod přímo spojený s parametrickým konvertorem generuje svůj signál. Kombinace parametrického konvertoru a elektrického obvodu je tedy zdrojem elektrického signálu.
Ve fyzikálním fenoménu stanoveným základem práce, a typ fyzického fyzikálního generátoru velikosti a parametrických převodníků jsou rozděleny na řadu druhů (obr. 2.3):
Generátor - na piezoelektrické,
Termoelektrický atd.;
Odporový - na kontaktu,
Bolesti, atd.;
Elektromagnetický - indukční,
Transformátor a tak dále.
Podle typu modulace jsou všechny IP rozděleny do dvou velkých skupin: amplituda a frekvence, dočasná, fáze. Poslední tři odrůdy mají spoustu společného, \u200b\u200ba proto kombinovány do jedné skupiny.
Obr. 2.3. Klasifikace měřicích měničů neelektrických hodnot do elektrických.
2. Podle povahy transformace, vstupních hodnot:
Lineární;
Nelineární.
3. Na principu působení primárního měřicího převodníku (PIP) jsou rozděleny do:
Generátor;
Parametrický.
Výstupním signálem generátoru PIP je EMF, napětí, proud a elektrický náboj, funkčně spojený s naměřenou hodnotou, jako je například termočlánek EMF.
V parametrickém PIP, naměřená hodnota způsobuje proporcionální změnu parametrů elektrického obvodu: R, L, C.
Generátor obsahuje:
Indukce;
Piezoelektrický;
Některé odrůdy elektrochemického.
Odporová IP - Převést měřené množství do odporu.
Elektromagnetická IP – Převést na změny v indukčnosti nebo vzájemné indukci.
Kapacitní krytí - Převést na změnu kapacity.
Piezoelektrická IP - Převést dynamické úsilí do elektrického náboje.
Galvanomagnetická IP - Na základě účinku haly se aktivně magnetické pole v EDC převede.
Termální IP - Naměřená teplota se převede na tepelnou odolnost nebo EMF.
Optoelectronic IP. - Převést optické signály do elektrických.
Pro senzory jsou hlavní charakteristiky:
Provozní teplotní rozsah a chyba v tomto rozsahu;
Zobecněný vstupní a výstupní odpor;
Frekvenční charakteristika.
V průmyslovém použití by chyba senzorů používaných v regulačních procesech nemělo být ne více než 1-2%. A pro kontrolní úkoly - 2 - 3%.
2.1.3. Inkluze schémata primárních měřících převodníků
Hlavní měřicí převodníky Existují:
Parametrický;
Generátor.
Začlenění obvody parametrických primárních měřících převodníků jsou rozděleny do:
Sekvenční inkluzi:
Diferenciální začlenění:
S jedním primárním měřicím převodníkem;
Se dvěma primární měřicím převodníkem;
Schéma inkluze mostu:
Symetrický nevyvážený most s jedním aktivním ramenem;
Symetrický nevyvážený most se dvěma aktivními rameny;
Symetrický nevyvážený most se čtyřmi aktivními rameny.
Schémata pro přepnutí měřící převodníky generátoru jsou rozděleny do:
Konzistentní;
Rozdíl;
Kompenzace.
Generátor nepotřebují zdroj energie a parametrická potřeba. Velmi často může být generátor reprezentován jako zdroj EDC a parametrický může být reprezentován jako aktivní nebo tryskový odpor, jehož odpor se změní se změnou naměřené hodnoty.
Sekvenční a diferenciální začlenění lze použít jak na parametrický a generátor IP. Kompenzační schéma - generátor. Můstek - k parametrickému.
2.1.3.1. Schéma konzistentního zařazení parametrických měřicích převodníků
Sekvenční začlenění jednoho parametrického měřicího snímače (obr.2.4):
Obr. 2.4. Sekvenční začlenění jedné parametrické IP.
https://pandia.ru/text/80/219/images/image012_106.gif "width \u003d" 137 "výška \u003d" 45 src \u003d "\u003e;
https://pandia.ru/text/80/219/images/image014_89.gif "width \u003d" 247 "výška \u003d" 65 src \u003d "\u003e;
https://pandia.ru/text/80/219/images/image016_83.gif "šířka \u003d" 116 výška \u003d 41 "výška \u003d" 41 "\u003e - Citlivost proudu;
- citlivost napětí;
Citlivost energie;
Obr. 2.5. Výstupní vlastnosti postupně zahrnutých IP:
a - Real; B - Ideální.
Sekvenční inkluzi dvou parametrických měřicích převodníků (obr.2.6).
Obr.2.6. Sekvenční začlenění dvou parametrických IP.
https://pandia.ru/text/80/219/images/image022_71.gif "width \u003d" 88 "výška \u003d" 24 src \u003d "\u003e;
Elektrické přístroje byly široce používány pro měření neelektrických hodnot. To bylo možné díky použití speciálních měničů (PR).
Výstupní signály těchto měničů jsou přenášeny jako parametry řetězu nebo EMF (nabíjení) spojených s funkční závislostí se vstupním signálem. První se nazývá parametrický, druhý generátor.
Z parametrických převodníků, příčiny, citlivé na stresu, citlivá na teplo-citlivé, elektrolytické, ionizační, indukční a kapacitní zařízení nejvíce propagace.
Gumové převodníky Jedná se o izolovaný cozokokok, ke kterému je vodič navinut a pohybující se po otáčky kartáče. Jejich výstupní parametr je odporem řetězu.
Naměřená hodnota PR může pohybovat kartáčem v přímém směru nebo kolem obvodu. Zlepšení vnímajícího systému, PR může být použit pro stanovení tlaku nebo hmotnosti, při jejichž působení se posuvník pohybuje.
Pro vinutí rheostatu se používají materiály, jehož materiál je málo závislý na vnějších faktorech (teplota, tlak, vlhkost atd.). Takové materiály mohou být nichrome, fechral, \u200b\u200bKonstanta nebo manganin. Změna tvaru a sekce je ostrov (tedy délka jednoho tahu může také dosáhnout nelineární závislosti odolnosti vůči řetězci od pohybu posuvníku.
Výhodou měničů SIGHT lze nazvat jednoduchost jejich designu. Nicméně, není možné přesně určit pohyb, pokud se výstupní odolnost změní na jeden tah. To je hlavní nevýhoda takového PR, a charakterizuje jejich chybu.
Pastvery (TCPR). Jejich provoz je založen na změně aktivního odporu vodiče pod vlivem tlaku nebo mechanické deformace. Takový fenomén se nazývá deformační účinek.
Vstupní signál pro TCPR může být protahování, komprese nebo jiný typ deformace částí zařízení, kovových konstrukcí, výstup je změna odolnosti konvertoru.
Stres citlivý PR je tenký substrát vyrobený z papíru nebo fólie a drátu, který je vkládán na něm, velmi malý průřez. Jako vnímavý prvek se používá konstantanový drát, který má teplotní nezávislý odpor, průměr 0,02-0,05 mm. Aplikujte také fólie TCPR a filmové filtry.
Převodník je lepen na měřenou část, takže osa lineární expanze dílu se shodovala s podélnou osou PCC. Při rozšiřování naměřeného objektu se délka PTC zvyšuje, jeho změny odporu.
Výhodou těchto zařízení je linearita, jednoduchost návrhu a instalace. Pěkná citlivost může být připsána nevýhodám.
Konvertory citlivé na memo (TrPR). Hlavní prvky těchto zařízení se používají termistory, termodyrody, tepelné tranzistory atd. Termoelement je součástí elektrického obvodu, takže proud obvodu prochází tím, a teplota měřeného prvku prochází.
S jejich pomocí může být měřena teplota, viskozita, tepelná vodivost, rychlost a další parametry média, ve kterém je prvek umístěn.
Pro měření teplotního rozmezí -260 ° C do + 1100 ° C se používají termistory platiny v rozmezí -200 ° C až + 200 ° C - mědi. V teplotním rozmezí -80 ° C do + 150 ° C, pokud je požadována speciální přesnost, termodydes a tepelné tranzistory se používají.
TrPr podle provozního režimu je rozdělen na přehřátí a bez předehřívání. Zařízení bez předehřívání se používají pouze pro měření teploty média, protože proud tekoucí v nich neovlivňuje jejich topení. Odolnost prvku je teplota média poměrně přesně stanovena.
Způsob provozu jiného typu termočlánků je spojen s jejich předehříváním až do dané hodnoty. Pak jsou umístěny v měřeném médiu a jsou monitorovány změnou jeho odolnosti.
Rychlostem odporu se změní, může být posuzováno, jak se vyskytne intenzivně chlazení nebo zahřátí, což znamená, že můžete určit rychlost měřené látky, jeho viskozitu a další parametry.
Semiconductor TrPRS jsou citlivější než termistory, takže se používají v oblasti přesných měření. Jejich základním znevýhodněním je však úzký teplotní rozsah a špatná reprodukovatelnost statických charakteristik zařízení.
Elektrolytické měniče (ELP). Používá se k určení koncentrace roztoků, protože elektrická vodivost roztoků významně závisí na stupni koncentrace solí v nich.
ELP je nádoba se dvěma elektrodami. Napětí je dodáváno do elektrod, takže elektrický obvod se uzavírá přes vrstvu elektrolytu. Takové měniče se používají na střídavém proudu, jako v působení přímého proudu, elektrolytu disociuje na kladné a záporné ionty, které provádí chybu měření.
Další nevýhodou ELP je módní pro simulaci závislosti vodivosti elektrolytu z teploty, která je nucena udržovat konstantní teplotu s chladicím nebo topným nastavením.
Indukční a kapacitní měniče. Následně z názvu, výstupní parametry takových zařízení jsou indukčnost a kontejner. Měřené množství jednoduchého induktivního PR se může pohybovat od 10 do 15 mm, pro indukční transformátor PR s otevřeným systémem, může být tato hodnota zvýšena na 100 mm. Capacitive PR se používají k měření posunutí asi 1 mm.
Indukční PR jsou dvě indukční cívky umístěné na odemknutém jádru. Parametry jsou ovlivněny vzájemnou indukčností cívek jako: délka vzduchové mezery otevřeného prostoru, průřezovou plochu vzduchové mezery, magnetickou propustnost vzduchové mezery.
Tak, měření vzájemné indukčnosti cívek může být určeno, kolik výše uvedených parametrů se změnily. A mohou se měnit při pohybu do vzduchové mezery dielektrické desky. To je založeno na principu provozu indukčního PR.
Princip provozu kapacitního PR je založen na změně kapacitance kondenzátoru s poklesem aktivní plochy desek, změní se ve vzdálenosti mezi kondenzátorovými deskami a změnou dielektrické konstanty intercadexidu.
Capacitive Convertors mají vyšší citlivost pro změnu vstupních parametrů. Capacitive PR je schopen vyměnit změnu kapacity i při přechodu na tisíce milimetrů.
Ionizační měniče. Princip provozu přístroje je založen na fenoménu ionizace plynů a dalších médií pod vlivem ionizujícího záření, které mohou být použity ionizující α-, p- a y-záření radioaktivních látek nebo rentgenového záření.
Pokud je komora s plynem vyzařována, pak elektrody proudí elektrodami. Velikost tohoto proudu bude záviset na kompozici plynu, velikosti elektrod, vzdálenost mezi elektrodami a aplikovaným napětím.
Měření elektrického proudu v řetězci se známou kompozicí média, vzdálenost mezi elektrodami, aplikované napětí je módní pro stanovení velikosti elektrod nebo naopak další parametry. Používají se k měření rozměrů dílů nebo plynových kompozic atd.
Hlavní výhodou ionizujícího PR je možnost bezkontaktního měření, v agresivních médiích pod vysokým tlakem nebo teplotou. Nevýhodou takového PR je potřeba biologické ochrany personálu od účinků emisí.
Téma 18.
Měřicí měniče (senzory)
Žádný řídicí systém nemůže pracovat bez informací o stavu řídicího objektu a její reakci na kontrolní akci. Prvek systémů, které poskytují takové informace, je převodník měřicího senzoru .
Počet typů senzorů výrazně překračuje počet naměřených hodnot, protože může být měřena stejná fyzická hodnota různé metody a senzory různých návrhů.
Pro většinu senzorů se vyznačuje měřením elektrickými metodami nejen elektrickými a magnetickými, ale i jinými fyzikálními veličinami. Tento přístup je způsoben výhodami. elektrická měřeníVzhledem k tomu, že elektrické signály mohou jednoduše a rychle vysílat dlouhé vzdálenosti, elektrické hodnoty jsou snadno a přesně převedeny na digitální kód, umožňují poskytovat vysokou přesnost a citlivost.
Mnoho charakteristik lze považovat za klasifikační znaky senzorů: typ funkce konverze; rod vstupu a výstupní hodnoty; Princip operace; Konstruktivní provedení.
Podle typu použité energie mohou být snímače rozděleny do elektrických, mechanických, pneumatických a hydraulických. V závislosti na typu výstupního signálu: analogové, diskrétní, relé, s přirozeným nebo jednotným výstupním signálem.
Povahou konverze vstupní hodnoty ve výstupu: parametrický, generátor, frekvence, fáze.
Ve formě měřeného fyzikálního množství: lineární a úhlové posuny, tlak, teplota, koncentrace látek atd.
Princip provozu parametrických převodníků je převést neelektrické vstupní hodnoty na parametry elektrické řetězy: Odpor R.Induktivita L., Kapacita Svzájemně indukční M.. Pro napájení těchto měničů se vyžadují externí zdroje. Mezi takové senzory patří: odporové, indukční, transformátor, kapacitní měniče.
Převodníky generátoru převádějí vstupní hodnoty do EMF. Nevyžadují energii dalších zdrojů energie.
Jedná se o indukci, termoelektrické, piezoelektrické, fotovoltaické měniče.
Fázové a frekvenční měniče mohou být parametrické, tak generátor.
Gumová guma ve formě řady, který přesune mobilní kontakt pod vlivem hodnoty naměřené hodnoty. Nejčastěji je senzor smyslu zařazen do měřicího systému podle schématu potenciometru, někdy se nazývají potenciometrické senzory.
Výstupní velikost senzoru je elektrický odpor funkčně související s polohou pohyblivého kontaktu. Takové senzory slouží k převodu rohových nebo nelineárních pohybů do příslušného odporu, proudu, napětí.
Mohou být také použity k měření tlaku, průtoku, úrovně. Používají se také jako mezilehlé měniče neelektrických hodnot do elektrických.
V automatizačních zařízení jsou široce používány drátové robustní měniče, které se vyznačují vysokou přesností a stabilitou funkce konverze, mají malý teplotní koeficient odporu (TKS).
Nevýhody zahrnují nízké rozlišení, relativně nízký odpor (až po tucet com), omezená schopnost používat na střídavého proudu, v důsledku zbytkové indukční a navíjecí kapacity.
Vinutí se provádí izolovaným vodičem otočení na otočení nebo s daným krokem. Konstanta, manganin platí jako drát.
Senzor tenhle typ Nereagujte na znak vstupního signálu, pracujte jak na konstantním i střídavém proudu.
Teizoristory. Jejich práce je založena na deformačním účinku, který spočívá v měnící se aktivního odporu vodivosti a polovodičových materiálů v jejich mechanické deformaci.
Charakteristika účinku kmene materiálu je koeficient citlivosti stresu. NA T, definovaný jako poměr odolnosti pro změnu délky vodiče
Konstanta - NA T \u003d 2.
Nichrome - NA T \u003d 2.2.
Chrome - NA T \u003d 2.5.
Testoristory se používají k měření tlaku tekutin a plynů při měření elastických deformací materiálů: tlaky ohybů, kroucení.
Kovy s malými TKS mohou být použity jako tesororazustive materiál: manganin, konstanta, nichrom, rtuť, slitiny s vysokou teplotou, polovodičové materiály: Německo, křemík. Kovové sítnice byly získány největší distribuci. Jsou rozděleny do drátu a fólie, ty jsou dokonalejší.
Konvertory uhlí. Jejich princip operace je založen na změně kontaktní rezistence mezi částicemi uhlí, když se změní tlak. Používají se k měření úsilí, tlaků, malých posunutí. Rozlišovat uhlí sloupy a tenzyolity.
První je sada 10-15 leštěných podložek z elektrodového uhlí.
Charakteristický konvertor uhlí Nelineární, má proměnnou citlivost. Nestabilní v práci, charakteristika závisí na teplotě a vlhkosti prostředí, kvality přípravy povrchu.
Druhý má malé velikosti a hmotu. Používají se k měření rychlého a šokového napětí v pohyblivých částech malé velikosti, zatímco pracují jak na protahování, tak komprese. Koeficient citlivosti tenzolitních převodníků je větší než torzors a je NA \u003d 15 ¸ 20.
Provádí se ve formě proužků sestávajících ze směsi grafitu, sazí, bakelitového laku a dalších složek. Tyto pásy jsou vloženy na zkušební položce.
Rezistentní převodníky navzdory nedostatkům, které jsou v nich doposud používány, jsou široce používány.
Kapacitní měniče. Princip provozu je založen na změně kapacitance kondenzátoru pod explicitem vstupní transformované hodnoty
kde e je relativní dielektrická permeabilita dielektrika; E 0 je dielektrická propustnost vakua; S. - plocha deska; D - tloušťka dielektriky nebo vzdálenosti mezi deskami.
Kapacitní senzory se používají k měření úhlových a lineárních posunutí, lineárních rozměrů, úrovních, úsilí, koncentrační vlhkosti atd.
V kapacitních plochých paralelních senzorech se změní stropní rovina S. (Změna překrytá oblast) Statické vlastnosti lineárního.
V kapacitních měničech se střídavým vzduchovým mezerou je charakteristika nelineární.
Konvertory a změna dielektrického média vodivosti mezi elektrodami jsou široce používány pro měření hladiny kapalných a sypkých látek, analýzu kompozice a koncentrace látek v chemickém průmyslu chemického ropujícího rafinace, pro počítání produktů, bezpečnostní alarm. Mají lineární statickou charakteristiku.
Kapacita měřicích měničů v závislosti na konstrukčních vlastnostech se pohybuje od desetiny frakce až několik tisíc picofrády, což vede k potřebě použít snímače napětí frekvence Hz pro napájení senzorů napětí.
To je významná nevýhoda těchto měničů.
Dielektrické vlastnosti média se někdy mění pod vlivem teploty nebo mechanického úsilí. Tyto účinky se také používají k vytvoření odpovídajících měřicích převodníků.
Změna propustnosti při působení teploty je popsána výrazem
,
kde E t je dielektrická konstanta materiálu při teplotách T.; E 0 - Dielektrická propustnost při teplotách T. 0; A - Teplotní koeficient; .
Podobný názor má také závislost e od úsilí připojeného k němu R.
,
kde - citlivost materiálu k relativní změně dielektrické konstanty
.
Počáteční kapacita měničů je větší, čím méně mezery D mezi elektrodami. Snížení mezery je však omezeno na dielektrickou sílu interelektrodového média a přítomnost výkonu elektrostatické přitažlivosti desek.
Chyby kapacitních měničů jsou určeny především účinkem teploty a vlhkosti na geometrických rozměrech a dielektrické permeabilitě média. Jsou to prakticky nepřerušované prvky.
NA výhody Mezi ně patří: jednoduchost designu, malých velikostí a hmotnosti, vysoká citlivost, velké rozlišení při nízké úrovni vstupního signálu, žádné pohyblivé proudové kontaktní kontakty, vysoká rychlost, možnost získání nezbytného transformačního práva z důvodu volby vhodných konstrukčních parametrů, ne Vliv vstupního obvodu na měření.
Reaktivní odolnost proti zatížení je vybrána hodnota a zpět znakem vnitřní odpor Senzor.
Odporové teploměry. Odporové teploměry, stejně jako termočlánky, jsou určeny k měření teploty plynných, pevných a kapalných těles, jakož i povrchové teploty. Princip teploměrů je založen na použití vlastností kovů a polovodičů pro změnu jeho elektrické odolnosti s teplotou. U vodičů z čistých kovů má tato závislost v teplotním rozmezí od -200 ° C do 0 ° C forma:
R t \u003d r 0,
a v teplotním rozsahu od 0 ° C do 630 ° C
R t \u003d r 0,
kde R t, r 0 - Odolnost explrator při teplotě t. a 0 ° C; A, B, C - koeficienty; t - Teplota, ° C.
V teplotním rozmezí od 0 ° C do 180 ° C je závislost odolnosti vodiče na teplotě popsána přibližným vzorcem
R t \u003d r 0,
kde α - Teplotní koeficient odporu vodiče materiálu (TKS).
Pro čisté kovové vodiče α≈ 6-10 -3 ... 4-10 -3 Hail -1.
Teplota měření Teploměr odporu se sníží k měření jeho odolnosti R t, s Následný přechod na teplotu vzorce nebo kalibračními stoly.
Rozlišení drátu a polovodičových odporových teploměrů. Drátový teploměr je tenký drát vyrobený z čistého kovu, upevněný na rámu teploty teplotního materiálu (citlivý prvek) umístěn v ochranné výztuže (obr. 5.4).
Obr. 5.4. Citlivý odpor teploměr
Závěry ze snímacího prvku jsou připojeny k hlavě teploměru. Volba pro výrobu teploměrů odporu drátů z čistých kovů a ne slitin, je způsobena skutečností, že TKS čistých kovů jsou větší než TCS slitin, a proto teploměry na bázi čistých kovů mají větší citlivost .
Průmysl vyrábí platinové, niklové a měděné odporové teploměry. Pro zajištění zaměnitelnosti a jednotlivé promoce teploměrů jsou standardizovány veličiny jejich odporu R 0. a tks.
Polovodičové odporové teploměry (termistory) jsou kuličky, kotouče nebo tyče z polovodičového materiálu s závěry pro připojení k měřicímu obvodu.
Průmysl sériově vytváří mnoho typů termistorů v různých konstruktivních konstrukčních konstrukcích.
Rozměry termistorů jsou obvykle malé - asi několik milimetrů a určitých typů desetin milimetrů. Pro ochranu proti mechanickému poškození a vystavení médiu jsou termistory chráněny skleněnými nebo smaltovanými povlaky, stejně jako kovové kryty.
Termistory obvykle mají odolnost od jednotek ke stovkám kilomu; Jejich TCS v rozsahu provozního teploty je řádově větší než u vodičových teploměrů. Materiály pro pracovní tekutinu termistorů používají směsi oxidů niklu, manganů, mědi, kobalt, který se smísí s pojivem, dávejte ho požadovaný tvar a sacht při vysokých teplotách. Použijte termistory pro měření teploty v rozmezí od -100 do 300 ° C. Setrvačnost termistorů je relativně malá. Nedostatky by měly obsahovat nelinearitu teplotní závislosti rezistence, absence zaměnitelnosti v důsledku velkého variace jmenovitého odporu a tks, stejně jako nevratná změna odporu v čase.
Pro měření v oblasti teplot v blízkosti absolutní nuly se používají Německo polovodičové teploměry.
Měření elektrického odporu teploměrů se provádí pomocí konstantních a střídavých proudových mostů nebo kompenzátorů. Funkce termometrických měření je omezení měřicího proudu, aby se odstranil ohřev pracovní kapaliny teploměru. U drátových teploměrů se doporučuje zvolit tento měřicí proud, takže výkon rozptýlí teploměr nepřesahuje 20 ... 50 MW. Přípustný rozptýlení výkonu v termistorech je podstatně nižší a doporučuje se experimentálně určovat pro každý termistor.
Pasever Convertors (Tesorons). V konstrukční praxi jsou v konstrukčních prvcích často nutná měření mechanických napětí a deformací. Nejčastějším převodníkům těchto hodnot do elektrického signálu jsou tezorády. Základem práce tesororazistérů je majetkem kovů a polovodičů pro změnu jeho elektrické odolnosti při působení síly připojených k nim. Nejjednodušší sítko může být drátový segment, pevně spojený s povrchem deformovatelné části. Protahování nebo stlačování části způsobuje proporcionální protahování nebo stlačení drátu, v důsledku čehož se jeho elektrické odolnosti mění. V mezích elastických deformací je relativní změna odporu drátu spojena s jeho relativní prodloužení podle vztahu
Δr / r \u003d k τ Δl / l,
kde l, r - Primární délka a odolnost proti drátu; Δl., Δr - přírůstek délky a odolnosti; K τ - Koeficient citlivosti stresu.
Velikost koeficientu napětí citlivost závisí na vlastnostech materiálu, ze kterého je tezorressor vyroben, stejně jako na způsob upevnění sítka do výrobku. Pro kovové dráty z různých kovů K τ.= 1... 3,5.
Existují drátové a polovodičové sítky. Pro výrobu drátových sítí se aplikují materiály, které mají dostatečně vysoký koeficient napětí citlivost a malý teplotní koeficient odporu. Nejběžnějším materiálem pro výrobu drátových sítí je konstantský vodič o průměru 20 ... 30 μm.
Strukturálně, drátové sítnice jsou mřížky sestávající z několika drátových smyček vložených na tenkém papíru (nebo jiném) substrátu (obr. 5.5). V závislosti na materiálu substrátu mohou tesorory pracovat při teplotách od -40 do +400 ° C.
Obr. 5.5. Tensometr.
Existují návrhy sítolů připojených k povrchu dílů pomocí cementů schopných provozu při teplotách až 800 ° C.
Hlavní vlastnosti sítolů jsou nominální odolnost R, základna l. a součinitel citlivosti stresu K τ. Průmysl je vyroben široký sortiment bází velikosti denzí od 5 do 30 mm , Jmenovité odpory od 50 do 2000 ohmů, s koeficientem citlivosti napětí 2 ± 0,2.
Další vývoj Drátěné sítka jsou fólie a fólií, jehož citlivý prvek, z nichž je mřížka fóliových pásů nebo nejkrásnější kovový film aplikovaný na substráty na bázi laku.
Testoristéři se provádějí na základě polovodičových materiálů. Nejsilněji kmenový účinek je vyjádřen v Německu, křemíku atd. Hlavním rozdílem mezi polovodičovými držáky z vodičů je velký (až 50%) změnou rezistence během deformace v důsledku velké velikosti koeficientu citlivosti stresu.
Indukční měniče. Indukční měniče se používají k měření posunutí, velikostí, odchylek formulářů a umístění povrchů. Konvertor se skládá z pevné induktanční cívky s magnetickou vodivostí a kotvou, která je také součástí pohybu magnetického potrubí vzhledem k induktoru induktoru. Pro získání možného větší indukčnosti se magnetický obvod cívky a kotvy provádí z feromagnetických materiálů. Když se kotevní pohyby (spojené, například s sondou měřicího zařízení) mění indukčnost cívky, a proto proud tekoucí v navíjení se změní. Na Obr. 5.6 Schémata indukčních měničů se střídavým vzduchovým mezerou D (obr. 5.6 ale) Používá se k měření pohybu do 0,01 ... 10 mm; s variabilní oblastí vzduchové mezery δ (obr. 5.6 b.) Aplikován v rozmezí 5 ... 20 mm.
Obr. 5.6. Indukční měniče pohybu
5.2. Provozní zesilovače
Provozní zesilovač (OU) je diferenciální DC zesilovač s velmi velkým ziskem. Pro zesilovač napětí je převodový poměr (amplifikační koeficient) určen výrazem
Pro zjednodušení výpočtů návrhu se předpokládá, že dokonalé OU má následující vlastnosti.
1. Zisk otevřené smyčky zpětná vazba rovna nekonečnu.
2. Vstupní odpor R D se rovná nekonečnu.
3. Výstupní odpor R 0 \u003d 0.
4. Šířka šířka pásma se rovná nekonečnu.
5. V 0 \u003d 0 na v 1 \u003d v 2 (neexistuje žádné napětí posunutí nuly).
Poslední charakteristika je velmi důležitá. Vzhledem k tomu, v 1 -v 2 \u003d v 0 / a, pokud v 0 má konečnou hodnotu a koeficient je nekonečně velký (typická hodnota 100 000) bude mít
V 1 - v 2 \u003d 0 a v 1 \u003d v 2.
Od vstupní impedance pro diferenciální signál (V 1 - V 2)
je také velmi velký, pak můžete zanedbávat proud přes r d. Tyto dvě předpoklady výrazně zjednodušují vývoj schémat na OU.
Pravidlo1. Při provozu OU v lineární oblasti pracují stejné napětí na dvou vstupech.
Pravidlo2. Vstupní proudy pro oba OS vstupy jsou nulové.
Zvažte základní bloky obvodu na OU. Většina těchto schémat se používá v konfiguraci s uzavřenou smyčkou zpětné vazby.
5.2.1. Zesilovač s jedním ziskovým koeficientem
(opakovač napětí)
Pokud je zesilovač v neinvertujícím zesilovači dát R I rovný k nekonečnu, a R F je nula, pak přijdeme do diagramu znázorněného na Obr. 5.7.
 |
Podle pravidla 1 je vstupní napětí v I platí také na invertování vstupu OU, který je přímo přenášen na výstup obvodu. V důsledku toho, v 0 \u003d v i, a výstupní napětí Skladby (opakuje) vstupní napětí. V mnoha analogově k digitálním měničům závisí vstupní odpor na hodnotě podobného vstupního signálu. Pomocí opakovače napětí je zajištěna stálost vstupního odporu.
5.2.2. Adtrators
Zesilovač invertování může shrnout několik vstupních napětí. Každý vstupní vstup je připojen k invertujícímu vstupu OMA přes vážicí odpor. Invertování vstup se nazývá sčítání uzel, protože zde jsou shrnuty všechny vstupní proudy a zpětnovazební proud. Základní schematický schéma Sčítání zesilovače je prezentován na Obr. 5.8.
 |
Stejně jako v obvyklém zesilovači invertování by mělo být napětí v invertování vstupu nulová, je tedy nulová a proud tekoucí do OU. Takto,
i f \u003d i 1 + i 2 +. . . + I N.
Protože invertující vstup působí nulové napětí, poté po odpovídajících substitucích dostaneme
V 0 \u003d -R f (+ ... +).
Rezistor R F určuje celkové posílení obvodu. Odpor R1, R 2 ,. . . R n Nastavte hodnoty vážení koeficientů a vstupních odporů odpovídajících kanálů.
5.2.3. Integrátory
Integrátor je elektronický obvod, který vytváří výstupní signál úměrný integrálu (v čase) ze vstupního signálu.
 |
Na Obr. 5.9 znázorňuje schematický diagram jednoduchého analogového integrátoru. Jedním ze způsobů, jak je výstup integrátoru připojen k sčítání uzlu a druhý k výstupu integrátoru. V důsledku toho je napětí na kondenzačním motoru současně výstupní napětí. Výstupní signál integrátoru nedokáže popsat jednoduchou algebraickou závislost, protože při pevném vstupním napětí se výstupní napětí mění s rychlostmi, určené parametry v I, R a C. tak, aby bylo možné najít výstupní napětí, Musíte znát trvání vstupního signálu. Napětí na zpočátku vypouštěném kondenzátoru
kde jsem f je přes kondenzátor a t i - čas integrace. Pro pozitivní
Vi máme i \u003d v i / r. Protože i f \u003d i i, pak s přihlédnutím k inverzi signálu, který dostaneme
Z tohoto poměru vyplývá, že V 0 je určen integrovaným (s reverzním signálem) ze vstupního napětí v rozmezí od 0 do t1 násobeného rozsáhlým koeficientem 1 / RC. Napětí v IC je napětí na kondenzátoru při počátečním okamžiku času (t \u003d 0).
5.2.4. Rozdíly
Rozlišení produkuje výstupní signál, proporcionální rychlost změny v době vstupního signálu. Na Obr. 5.10 ukazuje schematický diagram jednoduché diferenciace.
 |
Proud přes kondenzátor.
Pokud je derivát pozitivní, proud jsem teče v tomto směru, který je vytvořen negativní výstupní napětí v 0.
Takto,
Tato metoda diferenciace signálu se jeví jako jednoduchý, ale s praktickou implementací vznikají problémy s udržitelností obvodu při vysokých frekvencích. Ne všechny ou je vhodné pro použití v diferenciálu. Kritériem volby je rychlost OU: Musíte si vybrat OU s vysokou maximální rychlostí zvyšující se výstupní napětí a vysokou hodnotu koeficientu výztuže k šířkové pásma. Dobře pracovat v diferenciálních vysokorychlostních OU na terénních tranzistorech.
5.2.5. Komparátory
Srovnávací komparátor je elektronický obvod, který porovnává dvě vstupní napětí a vytváří výstupní signál v závislosti na stavu vstupů. Základní pojetí komparátoru je znázorněn na Obr. 5.11.
 |
Jak vidíte, OU pracuje s otevřenou smyčkou zpětné vazby. Referenční napětí je dodáváno do jednoho ze svých vstupů, do druhého - neznámého (porovnávané) napětí. Výstupní signál komparátoru označuje: nad nebo pod úrovní referenčního napětí je úroveň neznámého vstupního signálu. Ve schématu na obr. 5.11 se referenční napětí VR přivádí do neinvertního vstupu a neznámý signál V I se zadává do invertujícího vstupu.
Když je v I\u003e v r při výstupu komparátoru nastaveno napětí v 0 \u003d - v r (negativní napětí nasycení). V opačném případě získáme v 0 \u003d + v r. Můžete změnit vstupy na místech - to povede k inverzi výstupního signálu.
5.3. Přepínání měřicích signálů
V informačních a měřicí technice při implementaci analogových měření transformací, elektrické připojení často musí provádět elektrické spoje mezi dvěma nebo více body měřicího obvodu, aby bylo možné zavolat potřebný přechodový proces, rozptýlit energii uloženou reaktivním prvkem (například , vypouštějte kondenzátor), připojte napájení měřicího obvodu, zapněte paměť analogové buňky, vezměte vzorek kontinuálního procesu během diskretizace atd. Kromě toho, mnoho měřicích nástrojů provádí měření transformací postupně velké číslo Elektrické hodnoty distribuované ve vesmíru. Pro implementaci výše uvedených, se používají měřicí spínače a měřicí klíče.
Měřicí spínač je zařízení, které převádí prostorově oddělené analogové signály do signálů oddělených v čase a naopak.
Měřicí spínače analogových signálů jsou charakterizovány následujícími parametry:
dynamický rozsah přepínaných hodnot;
chyba přenosového koeficientu;
rychlost (spínací frekvence nebo čas potřebný k provedení jedné spínací operace);
počet přepínaných signálů;
mezní hodnota přepínání (pro přepínače s měřicími klíči kontaktu).
V závislosti na typu měřicích tlačítek používaných v přepínači se liší kontaktní a bezkontaktní přepínače.
Měřicí klíč je dvoupodlak s explicitní nelinearitou vlastnosti volt-ampere. Klíčový přechod z jednoho stavu (uzavřeného) do jiného (otevřeného) se provádí pomocí řídicího prvku.
5.4. Analog-digitální konverze
Analog-digitální konverze je nedílnou součástí postupu měření. V indikačních zařízeních tato operace odpovídá čtení číselného výsledku experimentátorem. V nástroji pro měření digitálních a procesorů se provádí automaticky analog-to-digitální konverze a výsledek je buď přímo na indikaci, nebo je vložen do procesoru pro provádění následných měření transformací v numerickém formuláři.
Metody analog-to-digitální konverze v měření jsou vyvinuty hluboké a důkladně a jsou sníženy na reprezentaci okamžitých hodnot vstupních efektů v pevných místech v odpovídající kombinaci kódů (číslo). Fyzický základ analog-digitální konverze je gating a porovnání s hladinami pevné podpory. Nejvyšší šíření bylo získáno ADC bonnetického kódování, sekvenčního účtu, vyrovnávání sledování a některých ostatních. K otázkám metodiky analogové-digitální transformace, které jsou spojeny s trendy vývoje ADC a digitální měření V následujících letech zejména:
Eliminace nejednoznačnosti čtení v nejvíce vysokorychlostní srovnání ADC, která je stále více distribuována s vývojem integrální technologie;
Dosáhněte udržitelnosti selhání a zlepšování metrologických charakteristik ADC na základě přebytku číselného čísla fibonacci;
Aplikace pro analog-to-digitální konverzi metody statistické zkoušky.
5.4.1 Digitální a analogové digitální měniče
DigiNarial (DAC) a analogové digitální měniče (ADC) jsou nedílnou součástí automatické systémy Kontrola řízení a regulace. Kromě toho, protože drtivá většina měřených fyzikálních veličin je analogová a jejich indikace zpracování a registrace se obvykle provádějí digitální metody, DAC a ADC našli široké použití automatické nástroje Měření. DAC a ADC jsou součástí digitálních měřicích přístrojů (voltmoster, osciloskopy, analyzátory spektra, korelátor atd.), Programovatelné zdroje energie, displeje na elektronických trubkách, grafoplastů, radarových systémech pro řízení prvků a mikroobvodů, jsou důležité komponenty různé Konvertory a generátory, vstupní zařízení e-mailové informace. Široké vyhlídky pro použití DAC a ADC jsou otevřeny v telemetrii a televizi. Sériová produkce malých a relativně levných DAC a ADC poskytne příležitost více rozšířený Diskrétní kontinuální transformační metody ve vědě a technologii.
Existují tři odrůdy konstruktivního technologického výkonu DAC a ADC: modulární, hybridní a integrální. V tomto případě podíl výroby integrované schémata (IC) DAC a ADC v celkovém objemu jejich uvolnění se neustále zvyšuje, což do značné míry přispívá k širokému rozložení mikroprocesorů a digitálních metod zpracování dat. DAC - zařízení, které vytváří analogový signál (napětí nebo proud) na výstupu, je úměrný vstupnímu digitálnímu signálu. Hodnota výstupního signálu závisí na hodnotě podpěrného napětí U OP, která určuje plný rozsah výstupního signálu. Pokud použijete libovolný analogový signál jako referenční napětí, pak bude výstup DSC úměrný výrobě vstupního digitálního a analogový Signály. V ADC je digitální kód na výstupu určen poměrem vstupního analogového signálu protokolu PPE na referenčním signálu odpovídajícímu plnému stupnici. Tento poměr se provádí v případě, že referenční signál se změní podle jakéhokoliv zákona. ADC lze považovat za měřič vztahu nebo dělič napětí s digitálním výstupem.
5.4.2. Principy provozu, hlavní prvky a strukturální schémata ADP.
V současné době byl vyvinut velký počet typů ADC, uspokojení různých požadavků. V některých případech je převažující požadavek vysoká přesnost v jiných - transformační rychlost.
Podle principu jednání mohou být všechny existující typy ADC rozděleny do dvou skupin: ADC se srovnáváním vstupního konvertibilního signálu s diskrétními hladinami napětí a typu integrace ADC.
V ADC s porovnáním vstupního konvertibilního signálu s diskrétními hladinami napětí se používá proces konverze, jejichž součástí je vytvoření napětí s úrovněmi ekvivalentní odpovídajícími digitálními kódy a porovnáním těchto hladin napětí s vstupním napětím, aby se určilo digitální ekvivalent vstupního signálu. V tomto případě mohou být hladiny napětí vytvořeny současně v sérii nebo v kombinaci.
Sériový účet ADC. S stupňovitým pilovým napětím je jedním z nejjednodušších měničů (obr. 5.12).
 |
Podle signálu "Start" je čítač nastaven na nulový stav, po kterém dorazí hodiny pulsy na jeho vstup s frekvencí f T.lineární krok zvyšuje výstupní napětí DAC.
Po dosažení napětí USIS, hodnoty obvodu UW, srovnávací schéma přestane počítat pulsy v měřiči SC, a kód z výstupů druhého je zadán do registru paměti. Vypouštění a rozlišení takového ADC je určeno Bipostem a rozlišením DAC použitého ve svém složení. Doba konverze závisí na úrovni vstupních konvertibilních na větvích. Pro vstupní napětí odpovídající hodnotě plného rozsahu musí být SCH vyplněno a zároveň by mělo být na vstupu DAC tvořit plný měřítko. To vyžaduje pro N-výboj DAC transformační doby v (2 N - 1) časy více než období hodinových pulzů. Pro rychlou analog-to-digitální konverzi je použití podobných ADC nepraktických.
NA vedle ADC. (Obr. 5.13) Sumivní SCH se nahrazuje reverzním čítačem RCC pro sledování měnícího vstupního napětí. Výstupní signál kN určuje směr účtu v závislosti na tom, zda existuje výstupní napětí vstupního napětí ADC DAC.
Před zahájením měření je RSH nastavena na stav odpovídající středu stupnice (01 ... 1). První cyklus transformace sledovacího ADC je podobný cyklu konverze do sekvenčního účtu ADC. V budoucnu se konverzní cykly výrazně sníží, protože tento ADC má čas sledovat malé odchylky vstupního signálu na několika hodinách hodin, zvýšení nebo snižování počtu pulzů zaznamenaných v RSC, v závislosti na neshody znamení Aktuální hodnota transformovaného napětí UW a výstupního napětí DAC.
ADC sekvenční aproximace (Bonnetic Balancing)uznali jsme nejrozšířenější díky dostatečně jednoduchému implementaci jejich implementace a zároveň zajistit vysoké rozlišení, přesnost a rychlost, mít mírně menší rychlost, ale ve srovnání s ADC významně větší rozlišení, implementace metody paralelního transformace.
 |
Pro zvýšení rychlosti jako řídicího zařízení se používají distributor RF pulsu a sekvenční aproximační registr. Srovnání vstupního napětí s odkazem (zpětnovazební napětí DAC) se provádí, počínaje hodnotou odpovídajícím starším vypouštěním tvarovatelného binárního kódu.
Při spuštění ADC s pomocí RI je nastavena na počáteční stav RPP:
1000. . .0. V tomto případě se na výstupu DAC vytvoří napětí, což odpovídá polovině rozsahu konverze, který je zajištěno zahrnutím jeho staršího výboje. Pokud je vstupní signál menší než signál z DAC, v následujících hodinách pomocí RPP na digitálních vstupech DAC je vytvořen kód 0100. . 0, což odpovídá zahrnutí 2. k seniority vypouštění. Výsledkem je, že výstupní signál DAC se zdvojnásobí.
Pokud vstupní signál překročí signál z DAC, v dalším taktu, tvorba kódu 0110 ... 0 na digitálních vstupech DAC a zahrnutí dalšího třetího výboje. V tomto případě je výstupní napětí DAC, které se zvýšil o jeden a půlkrát, opět ve srovnání se vstupním napětím atd. Popsaný postup se opakuje n. Jednou (kde. kde. n. - počet vypouštění ADC).
Výsledkem je, že na výstupu DAC je vytvořeno napětí, které se liší od vstupu ne více než na jednotku spodního vypouštění DAC. Výsledek konverze je odstraněn z výstupu RPP.
Výhodou tohoto schématu je schopnost budovat vícemístné (až 12 výbojů a výše) převodníky relativně vysoké rychlosti (s dobou konverze asi několik set nanosekund).
V ADC. přímé čtení (paralelní typ)(Obr. 5.15) Vstupní signál je současně aplikován na vstupy všech kN, číslo m.který je určen vypouštěním ADC a je roven m \u003d 2 N - 1, kde n je počet vypouštění ADC. V každé CN se signál porovnává s referenčním napětím odpovídajícím hmotnosti určitého výboje a odstraněna z uzlů odporového děliče přiváděného z iontu.
 |
Výstupní signály kN jsou zpracovány logickým dekodérem generujícím paralelní kód, který je digitálním ekvivalentem vstupního napětí. Takové ADC mají nejvyšší rychlost. Nevýhodou takových ADC je, že se zvyšujícím se bitem, počet prvků požadovaných prvků je téměř zdvojnásobil, což ztěžuje vybudování víceciferních ADC tohoto typu. Přesnost konverze je omezena na přesnost a stabilitu kn a dělič rezistoru. Za účelem zvýšení výboje při vysoké rychlosti jsou dvoustupňové ADC implementovány při vysoké rychlosti, zatímco mladší vypouštění výstupního kódu jsou odstraněny z výstupů druhého stupně a starší vypouštění jsou vystaveny prvnímu stupni.
ADC s modulací trvání pulsu (jednorozměrný integrace)
ADC se vyznačuje tím, že úroveň vstupu analogový signál UI je převeden na puls, jejichž trvání je funkce TF funkce hodnoty vstupního signálu a je převedena na digitální formulář počítáním počtu období referenční frekvence, která se hodí mezi začátek a konec pulsu . Výstupní napětí integrátoru pod působením připojení
u O OP se liší od nulové úrovně s rychlostí
V okamžiku, kdy výstupní napětí integrátoru se rovná vstupu U WF, je kN spuštěn, v důsledku čehož tvorba trvání pulsu končí, během kterého se počet referenčních frekvenčních lhůt dochází v metrech ADC. Trvání pulsu je určen časem, pro kterou se napětí u liší od nulové úrovně na U VH:
Výhodou tohoto konvertoru je jeho jednoduchost a nevýhody - v relativně nízké rychlosti a nízké přesnosti.