ВОЛЬТМЕТРЫ, РЕАЛИЗУЮЩИЕ КОДО-ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Рис.   333. Структурная схема  (а) и временная диаграмма  (б),   характеризующая работу кодо-импульсного ЦВ с линейно-ступенчатым изменением Uk.

В ЦИП, реализующих кодо-импульсный метод преобразования, измеряемая величина преобразуется в цифровой код путем последовательного сравнения ее с рядом дискретных значений известной величины, изменяющихся по определенному закону. Таким образом, ЦБ, реализующие этот метод, должны быть отнесены к вольтметрам уравновешивающего преобразования. По принципу своей работы они являются неинтегрирующими, а дополнение функциональными узлами по аналогии со схемой рис. 3.29 преобразует их в ИЦВ с усреднением. Уравновешивание в кодо-импульсных ЦВ может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании Ux= сравнивается с компенсирующим напряжением Uк, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями Ux , а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание Ux= и Uk. В свою очередь развертывающее уравновешивание может быть реализовано в виде двух алгоритмов: равномерно ступенчатое увеличение (или уменьшение) Uk до Ux= = Uk и поразрядное уравновешивание Uk и Ux=. Рассмотрим структурную схему ЦВ, реализующую первый алгоритм и показанную на рис. 3.33, а. Как и ранее, тактовый импульс УУ сбрасывает на нуль показание счетчика, полученное во время предыдущего такта, и открывает селектор. Импульсы ГСчИ начинают поступать на счетчик, а также на вход генератора линейно-ступенчатого напряжения (ГЛСН), который и вырабатывает компенсирующее напряжение Uk, возрастающее по линейно-ступенчатому закону (рис. 3.33, б). Длительность ступеньки определяется периодом следования импульсов ГСчИ Т0, а величина ступеньки ΔUк определяет шаг квантования и соответственно младший разряд счета. Сравнение Ux= и Uk осуществляется в компараторе К, который срабатывает при Ux= = Uk и стоп-импульсом закрывает селектор. Поскольку ΔUк = const, показание счетчика прямо пропорционально Ux= , и мы получаем прямоотсчетный ЦВ. Однако такие ЦВ применяются редко из-за малого быстродействия и невысоких метрологических характеристик (значение Ти, как видно из рис. 3.33, б, получается большим и существенно возрастает при уменьшении ΔUк). Лучшие результаты дает поразрядное уравновешивание Uk и Ux= при изменении Uk в соответствии с двоичной системой счисления. Типовая структурная схема такого ЦВ приведена на рис. 3.34, а.

Принципиальной особенностью ЦВ поразрядного уравновешивания является наличие цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). С его помощью реализуется цифровая ООС путем преобразования кода (например, 8421) в аналоговое напряжение Uk, которое затем сравнивается с Ux= в компараторе.

Рис. 334. Структурная схема  (а)  и временная   диаграмма (б),   характеризующая работу кодо-импульсного ЦВ поразрядного уравновешивания.

Это сравнение всегда начинается со старшего разряда (например, 8 В). Если при этом Uk<Ux=, то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульсом подключает в ЦАП очередной разряд Uk (соответственно 4 В). Если теперь Uk > Ux= (рис. 3.34, б), срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое снимает в ЦАП напряжение этого разряда (разряд пропускается). Далее в очередном такте подключается напряжение следующего за пропущенным разряда (2 В) и т. д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов Uk в соответствии с алгоритмом развертывающего уравновешивания. Одновременно с переключением разрядов УУ формирует код (рис. 3.34, б) для ОУ, где после перехода к десятичной системе счисления воспроизводится результат измерения.

Рассмотренные схемы кодо-импульсных ЦВ могут реализовывать и следящее уравновешивание Uх= и Uk. Разница заключается в алгоритме работы УУ. При следящем уравновешивании система отрабатывает не Ux= , а разность ΔUк= Ux=—Uk. Основными источниками погрешностей в кодо-импульсных ЦВ являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ.