Termometer resistansi.

Termometer resistansi, seperti termokopel, dirancang untuk mengukur suhu gas, padatan, cairan, dan suhu permukaan. Prinsip pengoperasian termometer didasarkan pada penggunaan sifat logam dan semikonduktor untuk mengubah hambatan listriknya terhadap suhu. Untuk konduktor yang terbuat dari logam murni, ketergantungan pada kisaran suhu dari -200°C hingga 0°C berbentuk:

R t =R 0,

dan dalam kisaran suhu dari 0 °C hingga 630 °C

R t =R 0 [ 1+Pada+Bt 2 ],

Di mana R t , R 0– resistansi konduktor pada suhu T dan 0 °C; SEBUAH, B, C – koefisien; T– suhu, °C.

Dalam kisaran suhu dari 0°C hingga 180°C, ketergantungan resistansi konduktor pada suhu dijelaskan dengan rumus perkiraan

R t =R 0 [ 1+αt],

Di mana α – koefisien suhu resistansi bahan konduktor (TCR).

Untuk konduktor logam murni α ≈ 6-10 -3 ...4-10 -3 derajat -1 .

Mengukur suhu dengan termometer resistansi berarti mengukur resistansinya Rt, diikuti dengan transisi ke suhu menggunakan rumus atau tabel kalibrasi.

Ada termometer resistansi kawat dan semikonduktor. Termometer resistansi kawat adalah kawat tipis yang terbuat dari logam murni, dipasang pada rangka yang terbuat dari bahan tahan suhu (elemen sensitif), ditempatkan pada fitting pelindung (Gambar 6.4).

Gambar 6.4 – Elemen sensitif termometer resistansi

Kabel dari elemen sensitif dihubungkan ke kepala termometer. Pemilihan kabel yang terbuat dari logam murni daripada paduan untuk pembuatan termometer resistansi disebabkan oleh fakta bahwa TCR logam murni lebih besar daripada TCR paduan dan oleh karena itu, termometer yang berbahan logam murni lebih sensitif.

Industri ini memproduksi termometer resistansi platina, nikel dan tembaga. Untuk memastikan pertukaran dan kalibrasi termometer yang seragam, nilai resistansinya telah distandarisasi R0 dan TKS.

Termometer resistansi semikonduktor (termistor) adalah manik-manik, cakram atau batang yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan kabel untuk dihubungkan ke rangkaian pengukuran.

Industri ini memproduksi secara massal berbagai jenis termistor dalam berbagai desain.

Dimensi termistor biasanya kecil - sekitar beberapa milimeter, dan beberapa jenis berukuran sepersepuluh milimeter. Untuk melindungi dari kerusakan mekanis dan pengaruh lingkungan, termistor dilindungi dengan lapisan kaca atau enamel, serta penutup logam.

Termistor biasanya memiliki resistansi beberapa hingga ratusan kiloohm; TCR mereka dalam kisaran suhu pengoperasian adalah urutan besarnya lebih besar daripada termometer kawat. Sebagai bahan untuk fluida kerja termistor, digunakan campuran oksida nikel, mangan, tembaga, dan kobalt, yang dicampur dengan bahan pengikat, diberi bentuk yang diperlukan dan disinter pada suhu tinggi. Termistor digunakan untuk mengukur suhu dalam kisaran -100 hingga 300°C. Inersia termistor relatif kecil. Kerugiannya termasuk ketidaklinieran ketergantungan resistansi pada suhu, kurangnya pertukaran karena penyebaran besar resistansi nominal dan TCR, serta perubahan resistansi yang tidak dapat diubah seiring waktu.

Untuk pengukuran pada kisaran suhu mendekati nol mutlak, digunakan termometer semikonduktor germanium.

Hambatan listrik termometer diukur menggunakan jembatan atau kompensator DC dan AC. Ciri pengukuran termometri adalah pembatasan arus pengukuran untuk mencegah pemanasan fluida kerja termometer. Untuk termometer resistansi kawat, disarankan untuk memilih arus pengukuran sedemikian rupa sehingga daya yang dihamburkan oleh termometer tidak melebihi 20...50 mW. Disipasi daya yang diizinkan dalam termistor jauh lebih sedikit dan disarankan untuk menentukannya secara eksperimental untuk setiap termistor.

Transduser peka regangan (pengukur regangan).

Dalam praktik desain, seringkali diperlukan pengukuran tegangan mekanis dan deformasi pada elemen struktur. Konverter yang paling umum dari besaran ini menjadi sinyal listrik adalah pengukur regangan. Pengoperasian pengukur regangan didasarkan pada sifat logam dan semikonduktor untuk mengubah hambatan listriknya di bawah pengaruh gaya yang diterapkan padanya. Pengukur regangan yang paling sederhana dapat berupa sepotong kawat yang dipasang secara kaku pada permukaan bagian yang dapat dideformasi. Peregangan atau kompresi suatu bagian menyebabkan peregangan atau kompresi kawat secara proporsional, akibatnya hambatan listriknya berubah. Dalam batas deformasi elastis, perubahan relatif resistansi kawat berhubungan dengan perpanjangan relatifnya dengan perbandingan:

ΔR/R = K T Δl/l,

Di mana aku, R– panjang awal dan hambatan kawat; Δl, ΔR– peningkatan panjang dan hambatan; Kepada T– koefisien sensitivitas regangan.

Nilai koefisien pengukur regangan bergantung pada sifat bahan dari mana pengukur regangan dibuat, serta pada metode pemasangan pengukur regangan ke produk. Untuk kabel logam dari berbagai logam K T = 1... 3,5.

Ada pengukur regangan kawat dan semikonduktor. Untuk pembuatan alat pengukur regangan kawat, digunakan bahan yang memiliki koefisien sensitivitas regangan yang cukup tinggi dan koefisien resistansi suhu yang rendah. Bahan yang paling umum digunakan untuk pembuatan wire strain gauge adalah kawat konstantan dengan diameter 20...30 mikron.

Secara struktural, pengukur regangan kawat adalah kisi-kisi yang terdiri dari beberapa lilitan kawat yang direkatkan pada media kertas tipis (atau lainnya) (Gambar 6.5). Tergantung pada bahan substratnya, pengukur regangan dapat beroperasi pada suhu dari -40 hingga +400°C.

Gambar 6.5 – Pengukur regangan

Terdapat desain pengukur regangan yang dipasang pada permukaan bagian menggunakan semen, yang mampu beroperasi pada suhu hingga 800°C.

Karakteristik utama dari strain gauge adalah resistansi nominal R, basis aku dan faktor regangan Kepada T Industri ini memproduksi berbagai macam pengukur regangan dengan ukuran dasar dari 5 hingga 30 mm, resistansi nominal dari 50 hingga 2000 Ohm, dengan koefisien sensitivitas regangan 2±0,2.

Perkembangan lebih lanjut dari pengukur regangan kawat adalah pengukur regangan foil dan film, elemen sensitifnya adalah kisi-kisi strip foil atau film logam tipis yang diaplikasikan pada substrat berbasis pernis.

Pengukur regangan dibuat berdasarkan bahan semikonduktor. Efek regangan paling kuat terlihat pada germanium, silikon, dll. Perbedaan utama antara pengukur regangan semikonduktor dan pengukur regangan kawat adalah perubahan resistansi yang besar (hingga 50%) selama deformasi karena besarnya nilai koefisien sensitivitas regangan.

Konverter induktif.

Transduser induktif digunakan untuk mengukur perpindahan, dimensi, penyimpangan bentuk dan lokasi permukaan. Konverter terdiri dari induktor stasioner dengan inti magnet dan jangkar, yang juga merupakan bagian dari inti magnet, yang bergerak relatif terhadap induktor. Untuk mendapatkan induktansi setinggi mungkin, rangkaian magnet kumparan dan jangkar dibuat dari bahan feromagnetik. Ketika jangkar bergerak (dihubungkan, misalnya, ke probe alat pengukur), induktansi kumparan berubah dan, akibatnya, arus yang mengalir dalam belitan berubah. Gambar 6.6 menunjukkan diagram konverter induktif dengan celah udara variabel δ (Gambar 6.6 A) digunakan untuk mengukur perpindahan dalam kisaran 0,01...10mm; dengan luas celah udara yang bervariasi S 0(Gambar 6.6 B), digunakan dalam kisaran 5...20mm.

Gambar 6.6 – Transduser perpindahan induktif

6.2. Penguat operasional

Penguat operasional(op-amp) adalah penguat diferensial DC dengan gain yang sangat tinggi. Untuk penguat tegangan, fungsi transfer (penguatan) diberikan oleh

Untuk menyederhanakan perhitungan desain, diasumsikan bahwa op-amp ideal memiliki karakteristik sebagai berikut:

1 Penguatan loop terbuka adalah tak terhingga.

2 Impedansi masukan Jalan sama dengan tak terhingga.

3 Impedansi keluaran R o = 0.

4 Bandwidthnya tidak terbatas.

5 V o=0 jam V 1 = V 2(tidak ada tegangan offset nol). Karakteristik terakhir ini sangat penting. Karena V1-V2 = Vo/A, lalu jika Ya memiliki nilai yang terbatas, dan koefisien A sangat besar (nilai tipikal 100000) yang akan kita dapatkan

V 1 - V 2= 0 dan V 1 = V 2.

Karena impedansi masukan untuk sinyal diferensial adalah ( V 1 - V 2) juga sangat besar, maka arusnya mengalir Jalan Kedua asumsi ini sangat menyederhanakan desain rangkaian op-amp.

Aturan 1. Ketika op-amp beroperasi di wilayah linier, tegangan yang sama bekerja pada kedua inputnya.

Aturan 2. Arus masukan untuk kedua masukan op-amp adalah nol.

Mari kita lihat blok rangkaian dasar op-amp. Sebagian besar rangkaian ini menggunakan op amp dalam konfigurasi loop tertutup.

6.2.1. Penguat penguatan kesatuan (pengikut tegangan)

Jika pada penguat non inverting kita pasang Ri sama dengan tak terhingga, a Rf sama dengan nol, maka kita sampai pada rangkaian seperti pada Gambar 6.7.

Gambar 6.7 – Pengikut tegangan

Menurut aturan 1, tegangan masukan juga bekerja pada masukan pembalik op-amp V saya, yang langsung ditransmisikan ke output rangkaian. Karena itu, V o = V i, dan tegangan keluaran melacak (mengulangi) tegangan masukan. Bagi banyak konverter analog-ke-digital, impedansi masukan bergantung pada nilai sinyal masukan analog. Dengan menggunakan pengikut tegangan, resistansi masukan yang konstan dipastikan.

6.2.2. Penambah

Penguat pembalik dapat menjumlahkan beberapa tegangan masukan. Setiap masukan penambah dihubungkan ke masukan pembalik op-amp melalui resistor penimbangan. Input pembalik disebut node penjumlahan karena semua arus input dan arus umpan balik dijumlahkan di sini. Diagram rangkaian dasar penguat penjumlahan ditunjukkan pada Gambar 6.8.

Seperti halnya penguat pembalik konvensional, tegangan pada masukan pembalik harus nol, sehingga arus yang mengalir ke op-amp harus nol. Dengan demikian,

Gambar 6.8 – Diagram rangkaian dasar penguat penjumlahan

Karena tegangan pada masukan pembalik adalah nol, maka setelah substitusi yang tepat kita peroleh:

Penghambat Rf menentukan penguatan keseluruhan rangkaian. Perlawanan R 1 , R 2 ,...Rn atur nilai koefisien bobot dan resistansi input dari saluran yang sesuai.

6.2.3. Integrator

Integrator adalah rangkaian elektronik yang menghasilkan sinyal keluaran sebanding dengan integral (dalam waktu) dari sinyal masukan.

Gambar 6.9 – Diagram skema integrator analog

Gambar 6.9 menunjukkan diagram rangkaian integrator analog sederhana. Satu keluaran integrator dihubungkan ke simpul penjumlahan, dan keluaran lainnya dihubungkan ke keluaran integrator. Oleh karena itu, tegangan pada kapasitor juga merupakan tegangan keluaran. Sinyal keluaran integrator tidak dapat dijelaskan dengan hubungan aljabar sederhana, karena pada tegangan masukan tetap, tegangan keluaran berubah dengan laju yang ditentukan oleh parameter. V saya, R Dan DENGAN. Jadi, untuk mencari tegangan keluaran, Anda perlu mengetahui durasi sinyal masukan. Tegangan pada kapasitor yang awalnya habis:

Di mana jika- melalui kapasitor dan itu saya- waktu integrasi. Untuk hal yang positif V saya kita punya jika = V saya /R. Karena jika = saya saya kemudian, dengan mempertimbangkan inversi sinyal, kita memperoleh:

Dari hubungan ini dapat disimpulkan bahwa V o ditentukan oleh integral (dengan tanda berlawanan) dari tegangan input dalam rentang dari 0 hingga itu saya, dikalikan dengan faktor skala 1/ RC. Voltase V ic adalah tegangan pada kapasitor pada saat awal ( T = 0).

6.2.4. Pembeda

Diferensiator menghasilkan sinyal keluaran yang sebanding dengan laju perubahan sinyal masukan terhadap waktu. Gambar 6.10 menunjukkan diagram rangkaian diferensiator sederhana.

Gambar 6.10 – Diagram skema pembeda

Arus yang melalui kapasitor adalah:

Jika turunannya dV saya /dt positif, terkini saya saya mengalir sedemikian rupa sehingga terbentuk tegangan keluaran negatif V o. Dengan demikian,

Metode diferensiasi sinyal ini tampak sederhana, namun penerapan praktisnya menimbulkan masalah dalam memastikan stabilitas rangkaian pada frekuensi tinggi. Tidak semua op-amp cocok untuk digunakan sebagai pembeda. Kriteria pemilihannya adalah kinerja op-amp: Anda perlu memilih op-amp dengan laju perubahan tegangan maksimum maksimum yang tinggi dan nilai produk gain-bandwidth yang tinggi. Op-amp berkecepatan tinggi berdasarkan transistor efek medan bekerja dengan baik dalam pembeda.

6.2.5. Pembanding

Komparator adalah rangkaian elektronik yang membandingkan dua tegangan masukan dan menghasilkan sinyal keluaran tergantung pada keadaan masukannya. Diagram rangkaian dasar komparator ditunjukkan pada Gambar 6.11.

Gambar 6.11 – Diagram skema komparator

Seperti yang Anda lihat, di sini op-amp beroperasi dengan loop umpan balik terbuka. Tegangan referensi disuplai ke salah satu inputnya, dan tegangan yang tidak diketahui (dibandingkan) disuplai ke input lainnya. Output dari komparator menunjukkan apakah level sinyal input yang tidak diketahui berada di atas atau di bawah level tegangan referensi. Pada rangkaian pada Gambar 6.11, tegangan referensi V r disuplai ke masukan non-pembalik, dan sinyal yang tidak diketahui disuplai ke masukan pembalik V saya.

Pada V saya > V r Tegangan diatur pada keluaran komparator V 0=-V r(tegangan saturasi negatif). Dalam kasus sebaliknya kita dapatkan V 0 = +V r. Anda dapat menukar input - ini akan menyebabkan inversi sinyal output.

6.3. Mengganti sinyal pengukuran

Dalam teknologi informasi dan pengukuran, ketika menerapkan transformasi pengukuran analog, sering kali diperlukan sambungan listrik antara dua atau lebih titik pada rangkaian pengukuran untuk menyebabkan proses transien yang diperlukan, menghilangkan energi yang disimpan oleh elemen reaktif (misalnya, melepaskan kapasitor), menghubungkan sumber listrik dari rangkaian pengukuran, menghidupkan memori sel analog, mengambil sampel dari proses berkelanjutan saat pengambilan sampel, dll. Selain itu, banyak alat ukur yang melakukan transformasi pengukuran secara berurutan pada sejumlah besar besaran listrik yang tersebar dalam ruang. Untuk mengimplementasikan hal di atas, digunakan komutator pengukur dan kunci pengukur.

Mengukur komutator adalah perangkat yang mengubah sinyal analog yang dipisahkan secara spasial menjadi sinyal yang dipisahkan waktu, dan sebaliknya.

Sakelar pengukur sinyal analog dicirikan oleh parameter berikut:

- rentang dinamis dari kuantitas yang dialihkan; kesalahan koefisien transmisi;

Kecepatan (frekuensi peralihan atau waktu yang diperlukan untuk melakukan satu operasi peralihan); jumlah sinyal yang dialihkan;

Batasi jumlah peralihan (untuk sakelar dengan kunci pengukur kontak) .

Tergantung pada jenis kunci pengukur yang digunakan pada komutator, kontak Dan tanpa kontak saklar. Sakelar pengukur adalah jaringan dua terminal dengan karakteristik arus-tegangan nonlinier yang dinyatakan dengan jelas. Transisi kunci dari satu keadaan (tertutup) ke keadaan lain (terbuka) dilakukan dengan menggunakan elemen kontrol.

6.4. Konversi analog-ke-digital

Konversi analog-ke-digital merupakan bagian integral dari prosedur pengukuran. Dalam instrumen penunjuk, operasi ini berhubungan dengan pembacaan hasil numerik oleh pelaku eksperimen. Pada alat ukur digital dan berbasis prosesor, konversi analog ke digital dilakukan secara otomatis, dan hasilnya dikirim langsung ke layar atau dimasukkan ke dalam prosesor untuk melakukan konversi pengukuran selanjutnya dalam bentuk numerik.

Metode konversi analog-ke-digital dalam pengukuran telah dikembangkan secara mendalam dan menyeluruh dan direduksi menjadi representasi nilai sesaat dari pengaruh input pada waktu tertentu dengan kombinasi kode (angka) yang sesuai. Dasar fisik dari konversi analog-ke-digital adalah gerbang dan perbandingan dengan tingkat referensi tetap. ADC yang paling banyak digunakan adalah pengkodean bit-bijaksana, penghitungan sekuensial, penyeimbangan pelacakan, dan beberapa lainnya. Permasalahan metodologi konversi analog-ke-digital yang terkait dengan tren perkembangan ADC dan pengukuran digital di tahun-tahun mendatang meliputi, khususnya:

Penghapusan ambiguitas pembacaan pada ADC pencocokan tercepat, yang semakin meluas seiring dengan perkembangan teknologi terintegrasi;

Mencapai toleransi kesalahan dan meningkatkan karakteristik metrologi ADC berdasarkan sistem bilangan Fibonacci redundan;

Aplikasi untuk konversi metode pengujian statistik analog-ke-digital.

6.4.1 Konverter digital, analog dan analog-ke-digital

Konverter digital-ke-analog (DAC) dan analog-ke-digital (ADC) merupakan bagian integral dari sistem kontrol dan regulasi otomatis. Selain itu, karena sebagian besar besaran fisik yang diukur adalah analog, dan pemrosesan, indikasi, dan pencatatannya, biasanya, dilakukan dengan metode digital, DAC dan ADC telah banyak digunakan dalam alat ukur otomatis. Dengan demikian, DAC dan ADC adalah bagian dari alat ukur digital (voltmeter, osiloskop, penganalisis spektrum, korelator, dll.), catu daya yang dapat diprogram, tampilan tabung sinar katoda, plotter, sistem instalasi radar untuk elemen pemantauan dan sirkuit mikro, dan merupakan komponen penting berbagai konverter dan generator, perangkat input/output informasi komputer. Prospek luas untuk penggunaan DAC dan ADC terbuka di bidang telemetri dan televisi. Produksi serial DAC dan ADC berukuran kecil dan relatif murah akan memberikan peluang untuk penggunaan yang lebih luas dari metode konversi diskrit berkelanjutan dalam sains dan teknologi.

Ada tiga Varietas desain struktural dan teknologi DAC dan ADC: modular, hibrida Dan integral.

Pada saat yang sama, pangsa produksi DAC dan ADC sirkuit terpadu (IC) dalam total volume produksinya terus meningkat, yang sangat difasilitasi oleh meluasnya penggunaan mikroprosesor dan metode pemrosesan data digital.

DAC– perangkat yang menghasilkan sinyal analog keluaran (tegangan atau arus) sebanding dengan sinyal digital masukan. Dalam hal ini, nilai sinyal keluaran bergantung pada nilai tegangan referensi kamu aktif, yang menentukan skala penuh dari sinyal keluaran. Jika ada sinyal analog yang digunakan sebagai tegangan referensi, sinyal keluaran DAC akan sebanding dengan hasil kali sinyal masukan digital dan analog. Dalam ADC, kode digital pada keluaran ditentukan oleh rasio sinyal analog masukan yang dikonversi dengan sinyal referensi yang sesuai dengan skala penuh. Hubungan ini juga berlaku jika sinyal referensi berubah menurut hukum tertentu. ADC dapat dianggap sebagai pengukur rasio atau pembagi tegangan dengan keluaran digital.

6.4.2. Prinsip operasi, elemen dasar dan diagram blok ADC

Saat ini, sejumlah besar jenis ADC telah dikembangkan untuk memenuhi berbagai kebutuhan. Dalam beberapa kasus, persyaratan utama adalah akurasi tinggi, dalam kasus lain - kecepatan konversi.

Berdasarkan prinsip pengoperasiannya, semua jenis ADC yang ada dapat dibagi menjadi dua kelompok:

ü ADC dengan perbandingan sinyal input yang dikonversi dengan level tegangan diskrit;

ü ADC tipe integrasi.

ADC yang membandingkan sinyal input yang dikonversi ke level tegangan diskrit menggunakan proses konversi yang pada dasarnya menghasilkan level tegangan yang setara dengan kode digital yang sesuai dan membandingkan level tegangan ini dengan tegangan input untuk menentukan setara digital dari sinyal input. Dalam hal ini, level tegangan dapat dibentuk secara simultan, berurutan, atau gabungan.

ADC penghitungan serial dengan tegangan gigi gergaji bertahap adalah salah satu konverter paling sederhana (Gambar 6.12).

Gambar 6.12 – Diagram blok ADC penghitungan serial

СС – skema perbandingan; Sch – penghitung pulsa; RP – daftar memori; DAC – konverter digital-ke-analog.

Menurut sinyal "Mulai", penghitung diatur ke keadaan nol, setelah itu, pulsa clock tiba di inputnya dengan frekuensi f T Tegangan keluaran DAC meningkat secara linier dalam beberapa langkah. Ketika tegangan mencapai kamu nilai keluaran kamu rangkaian perbandingan masukan berhenti menghitung pulsa di penghitung DENGAN h, dan kode dari keluaran yang terakhir dimasukkan ke dalam register memori. Kedalaman bit dan resolusi ADC tersebut ditentukan oleh kedalaman bit dan resolusi DAC yang digunakan di dalamnya. Waktu konversi tergantung pada tingkat tegangan input yang dikonversi. Untuk tegangan masukan yang sesuai dengan nilai skala penuh, DENGAN h harus diisi dan pada saat yang sama harus menghasilkan kode skala penuh pada input DAC. Ini memerlukan waktu konversi DAC 11-bit sebesar (2 N-1) kali periode jam. Untuk konversi analog-ke-digital yang cepat, penggunaan ADC seperti itu tidak praktis.

Dalam pelacakan ADC (Gambar 6.13), penjumlahannya DENGAN h digantikan oleh penghitung pembalik RS h untuk melacak perubahan tegangan input. Sinyal keluaran KN menentukan arah penghitungan tergantung apakah tegangan masukan ADC melebihi tegangan keluaran DAC atau tidak.

Gambar 6.13 – Diagram blok ADC tipe pelacakan

Sebelum memulai pengukuran RS h diatur ke keadaan yang sesuai dengan bagian tengah skala (01...1). Siklus konversi pertama dari ADC pelacakan mirip dengan siklus konversi dalam ADC penghitungan serial. Di masa depan, siklus konversi berkurang secara signifikan, karena ADC ini berhasil melacak penyimpangan kecil dari sinyal input selama beberapa periode clock, menambah atau mengurangi jumlah pulsa yang direkam dalam RS h, tergantung pada tanda ketidaksesuaian nilai arus dengan tegangan yang dikonversi kamu tegangan masukan dan keluaran DAC.

ADC pendekatan berurutan (penyeimbangan bitwise) paling banyak digunakan karena implementasinya yang cukup sederhana sekaligus memastikan resolusi, akurasi, dan kecepatan tinggi; mereka memiliki kinerja yang sedikit lebih rendah, tetapi resolusi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan ADC yang menerapkan metode konversi paralel ( Gambar 6.14 ).

Untuk meningkatkan kinerja, distributor pulsa dan register aproksimasi yang berurutan digunakan sebagai perangkat kontrol. Tegangan masukan dibandingkan dengan tegangan referensi (tegangan umpan balik DAC) mulai dari nilai yang sesuai dengan bit paling signifikan dari kode biner yang dihasilkan.

Saat memulai ADC menggunakan RI, RPP diatur ke keadaan awal: 1000...0. Dalam hal ini, tegangan yang sesuai dengan setengah rentang konversi dihasilkan pada output DAC, yang dipastikan dengan menyalakan bit paling signifikan.

Gambar 6.14 – Diagram blok ADC penyeimbangan bitwise

СС – rangkaian perbandingan: T – pemicu, RPP – register perkiraan berturut-turut; RI – distributor pulsa.

Jika sinyal input lebih kecil dari sinyal dari DAC, pada siklus clock berikutnya, dengan menggunakan RPP, kode 0100...0 dihasilkan pada input digital DAC, yang sesuai dengan penyertaan digit paling signifikan ke-2. . Akibatnya, sinyal keluaran DAC menjadi setengahnya.

Jika sinyal input melebihi sinyal dari DAC, pada siklus clock berikutnya pembentukan kode 0110...0 dipastikan pada input digital DAC dan penyertaan bit ke-3 tambahan. Dalam hal ini, tegangan keluaran DAC, yang meningkat satu setengah kali lipat, dibandingkan lagi dengan tegangan masukan, dan seterusnya. Prosedur yang dijelaskan diulangi N kali (di mana N– jumlah bit ADC).

Akibatnya, tegangan yang dihasilkan pada keluaran DAC akan berbeda dengan masukan tidak lebih dari satu satuan digit terkecil DAC. Hasil transformasi tersebut dikeluarkan dari keluaran RPP.

Keuntungan dari skema ini adalah kemampuan untuk membangun konverter multi-bit (hingga 12 bit dan lebih tinggi) dengan kecepatan yang relatif tinggi (dengan waktu konversi sekitar beberapa ratus nanodetik).

Dalam ADC pembacaan langsung (tipe paralel) (Gambar 6.15), sinyal input diterapkan secara bersamaan ke input semua konverter tegangan, bilangan T yang ditentukan oleh kapasitas bit ADC dan sama dengan M = 2N-1, dimana N- jumlah bit ADC. Di setiap CV, sinyal dibandingkan dengan tegangan referensi yang sesuai dengan berat pelepasan tertentu dan diambil dari node pembagi resistor yang ditenagai oleh tegangan referensi.

Sinyal keluaran CV diproses oleh decoder logis, yang menghasilkan kode paralel, yang merupakan ekuivalen digital dari tegangan masukan. ADC tersebut memiliki kinerja tertinggi. Kerugian dari ADC tersebut adalah ketika kedalaman bit meningkat, jumlah elemen yang dibutuhkan praktis berlipat ganda, sehingga sulit untuk membangun ADC multi-bit jenis ini. Akurasi konversi dibatasi oleh keakuratan dan stabilitas konverter tegangan dan pembagi resistor. Untuk meningkatkan kedalaman bit dengan kecepatan tinggi, ADC dua tahap diimplementasikan, di mana bit kode keluaran tingkat rendah dihapus dari keluaran Dsh tahap kedua, dan bit paling signifikan dikeluarkan dari keluaran. dari tahap pertama Dsh.

Gambar 6.15 – Diagram blok ADC paralel

ADC dengan modulasi lebar pulsa(pengintegrasian berujung tunggal)

ADC dicirikan oleh fakta bahwa level sinyal input analog kamu input diubah menjadi pulsa yang durasinya T Pulsa merupakan fungsi dari nilai sinyal masukan dan diubah ke dalam bentuk digital dengan menghitung jumlah periode frekuensi referensi yang sesuai antara awal dan akhir pulsa. Tegangan keluaran integrator di bawah pengaruh tegangan yang terhubung ke masukannya kamu aktif berubah dari tingkat nol dengan kecepatan:

Pada saat tegangan keluaran integrator menjadi sama dengan masukan kamu input, KN dipicu, akibatnya pembentukan durasi pulsa berakhir, di mana jumlah periode frekuensi referensi dihitung dalam penghitung ADC.

Durasi pulsa ditentukan oleh waktu selama tegangan berlangsung kamu masukan berubah dari level nol ke kamu masukan:

Kelebihan konverter ini adalah kesederhanaannya, dan kekurangannya adalah kecepatannya yang relatif rendah dan akurasi yang rendah.

Gambar 6.15 – Diagram blok ADC yang mengintegrasikan satu siklus

Pertanyaan untuk mengontrol perolehan pengetahuan:

1 Prinsip fisika apa yang digunakan pada konverter primer?

2 Bagaimana IP diklasifikasikan berdasarkan jenis besaran yang diukur?

3 Kriteria dasar untuk mencocokkan transduser primer dengan objek pengukuran.

4 Struktur IP, prinsip operasi, fungsi konversi dan fitur aplikasi.

5 Jelaskan blok rangkaian dasar penguat operasional (penguat pembalik dan non-pembalik, pengikut tegangan, dll).

6 Apa ciri-ciri metrologi komputer analog (penambah, integrator, pembeda)?

7 Sakelar pengukur, karakteristiknya, rangkaian ekivalen, simbol pada diagram rangkaian.

8 Implementasi konversi analog-ke-digital dalam ADC penghitungan serial.

9 Prinsip pengoperasian. Elemen dasar, diagram blok dan karakteristik ADC dan DAC.

Konverter pengukur besaran non-listrik dibagi menjadi parametrik dan generator. Pada konverter parametrik, nilai keluarannya adalah pertambahan parameter rangkaian listrik ( R, L, M, S), oleh karena itu, saat menggunakannya, diperlukan sumber listrik tambahan.

Pada konverter generator, besaran keluarannya adalah EMF, yang arus atau muatannya secara fungsional berhubungan dengan besaran non-listrik yang diukur.

Saat membuat transduser pengukur besaran non-listrik, mereka berusaha untuk mendapatkan fungsi konversi linier. Perbedaan antara karakteristik kalibrasi nyata dan fungsi konversi linier nominal menentukan kesalahan nonlinier, yang merupakan salah satu komponen utama kesalahan yang dihasilkan saat mengukur besaran non-listrik. Salah satu cara untuk mengurangi kesalahan nonlinier adalah dengan memilih besaran masukan dan keluaran konverter yang besarannya hubungannya lebih dekat dengan fungsi linier. Misalnya, ketika mengukur perpindahan linier menggunakan transduser kapasitif, celah antara pelat atau luas tumpang tindihnya dapat berubah. Dalam hal ini, fungsi transformasinya berbeda. Ketika celah berubah, ketergantungan kapasitansi pada pergerakan pelat yang bergerak secara signifikan bersifat nonlinier; hal ini dijelaskan oleh fungsi hiperbolik. Namun, jika nilai keluaran konverter bukanlah kapasitansinya, melainkan resistansinya pada frekuensi tertentu, maka perpindahan terukur dan kapasitansi yang ditunjukkan ternyata berhubungan dengan hubungan linier.

Cara lain yang efektif untuk mengurangi kesalahan nonlinier pada transduser pengukuran parametrik adalah konstruksi diferensialnya. Setiap transduser pengukur diferensial sebenarnya adalah dua transduser pengukur serupa, yang nilai keluarannya dikurangi, dan nilai masukan mempengaruhi konverter ini dengan cara yang berlawanan.

Diagram blok perangkat dengan transduser pengukur diferensial ditunjukkan pada Gambar 16.1.

Kuantitas terukur X mempengaruhi dua transduser pengukuran serupa IP1 Dan IP2, dan kenaikan yang sesuai dalam nilai besaran keluaran di 1 Dan di 2 mempunyai tanda yang berlawanan. Selain itu, ada beberapa nilai awal yang konstan x 0 jumlah

pada input konverter ini, biasanya ditentukan oleh parameter desain konverter. Nilai keluaran di 1 Dan di 2 dikurangi, dan selisihnya jam 3 diukur dengan alat ukur listrik EIU (analog atau digital).

Mari kita asumsikan bahwa konverter IP1 Dan IP2 identik, dan fungsi transformasinya dijelaskan secara akurat oleh polinomial aljabar orde kedua. Dalam hal ini nilai-nilainya di 1 Dan di 2 pada keluaran konverter dapat dituliskan dalam bentuk (16.1) /14/

Setelah pengurangan kita mendapatkan (16.2) /14/

Gambar 16.1 - Diagram blok diferensial Gambar 16.2 - Rheostat dari transduser pengukur diferensial

pendidik

Hal ini menunjukkan fungsi transformasi yang dihasilkan kamu 3 = f(x) ternyata linier. Karena jam 3 tidak bergantung pada sebuah 0, kemudian kesalahan aditif sistematis pada transduser pengukuran dikompensasi. Selain itu, dibandingkan dengan transduser tunggal, sensitivitasnya hampir dua kali lipat. Semua ini menentukan meluasnya penggunaan konverter pengukuran diferensial dalam praktiknya.

Mari kita pertimbangkan secara singkat jenis utama konverter parametrik besaran non-listrik yang digunakan.

KULIAH 16.

Transduser pengukur parametrik

Termometer resistansi.

Termometer resistansi, seperti termokopel, dirancang untuk mengukur suhu benda gas, padat dan cair, serta suhu permukaan. Prinsip pengoperasian termometer didasarkan pada penggunaan sifat logam dan semikonduktor untuk mengubah hambatan listriknya terhadap suhu. Untuk konduktor yang terbuat dari logam murni, ketergantungan ini berkisar pada suhu 200 o C sampai 0 o C berbentuk:

R t = R 0 ,

dan dalam kisaran suhu dari 0 oC sampai 630 oC

R t = R 0 )