ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ЧАСТОТНО­ЗАВИСИМЫМИ ЦЕПЯМИ

Вопросы технической реализации метода расширения диапазона преобразования

Специфические вопросы реализации рассмотренного метода рас­ширения диапазона преобразования в ИП с ЧЗЦ связаны с характе­ром их входных и выходных переменных. Вид входной переменной X предопределяет способы построения пороговых элементов ПЭ и управляемых делителей УД (см. рис. 5.1 и 5.2), вид выходной пере­менной у— ключей Кл, источника дополнительного сигнала ИДСУ сумматора Сум и умножителей Умн. Степень сложности выполне­ния этих узлов определяет целесообразность реализации данного ме­тода для различных типов ИП.

Из-за сложности реализации исключаются из рассмотрения в на­стоящей главе многие возможные разновидности ИП с ЧЗЦ. В ча­стности, исключаются следящие ИП с цифровым входом или выходом; так как выполнение их узлов на цифровых элементах отличается не­оправданной сложностью. Подобные ИП с широким диапазоном бу­дут иметь лучшие технические характеристики, если их строить на основе сочетания линейного многоразрядного преобразователя частоты или длительности импульсов в цифровой код (или цифрового кода в один из этих параметров) и цифрового функционального преобра­зователя. Очевидна также нецелесообразность построения следящих ИП с входной или выходной переменной в виде механического пере­мещения.

Реализация рассматриваемого метода расширения диапазона пре­образования наиболее проста в преобразователях напряжение — на­пряжение. В подобных преобразователях делители УД представляют собой управляемые делители напряжения, умножители Умн — обыч­ные усилители, выполнение остальных узлов очевидно. Однако такие преобразователи не относятся к ИП с ЧЗЦ, но могут использоваться в них как входные или выходные цепи.

Применение данного метода в преобразователях параметров элек­трических цепей в частотный или импульсный сигнал ограничивается трудностями реализации управляемых делителей. Масштабные преоб­разователи сопротивления или проводимости [43], которые принци­пиально могут быть использованы в качестве таких делителей, слож­ны в налаживании, не обладают достаточным запасом устойчивости и не обеспечивают достаточно высокой точности. Поэтому расширение диапазона преобразования по рассматриваемому методу практически применимо только для таких преобразователей параметров электри­ческих цепей, в которых элемент с преобразуемым параметром вклю­чен в преобразователь этого параметра в напряжение, фактически представляющего собой самостоятельное устройство. К подобным уст­ройствам относится управляемый делитель напряжения, выполненный как линейный преобразователь сопротивления в напряжение (см*. § 3.3). В ИП с такими делителями для расширения диапазона пре­образования УД могут быть использованы управляемые делители напряжения, аналогичные используемым в преобразователях напря­жения постоянного тока с широким диапазоном. При этом схемы построения входных цепей преобразователей этих двух типов анало­гичны. Отметим, что с помощью ИП с указанным управляемым де­лителем напряжения можно осуществить преобразование непосредст­венно коэффициента передачи этого УДН в широком диапазоне.

Таким образом, рассматриваемый метод расширения динамиче­ского диапазона преобразования применим только к преобразователям параметров электрических цепей или коэффициентов передачи дели­телей напряжения, выполненных как следящие ИП с мостовьими ЧЗЦ, построенными на четырехполюсниках. Один из четырехполюсников дол­жен представлять собой управляемый делитель напряжения, коэффи­циент передачи которого линейного зависит от преобразуемого пара­метра или непосредственно является таким параметром.

Рассмотрим также возможность реализации данного метода в ИП с частотным или импульсным входным (выходным) сигналом.

В обратных ИП с частотой синусоидального сигнала как вход­ной переменной такая возможность практически исключается. Это связано с тем, что делители частоты синусоидального сигнала [44], принципиально пригодные в данном случае для использования в ка­честве УД, характеризуются отклонениями формы выходного на­пряжения от синусоидальной, не позволяющими получить достаточную точность преобразования. По аналогичным причинам — в связи с труд­ностями реализации сумматоров или умножителей частоты синусои­дального сигнала, работающих с достаточно малыми искажениями формы этого сигнала, исключается также возможность применения рассматриваемого метода в прямых ИП с выходным параметром в виде частоты синусоидального сигнала.

Использование частотно-импульсного сигнала не создает никаких ограничений для реализации широкодиапазонного преобразования по данному методу в обратных ИП. Возможность получения такого пре­образования определяется применением в качестве управляемых дели­телей' триггерных делителей частоты, которые достаточно просты, на­дежны и работают практически без погрешностей. Реализация рассмат­риваемого метода в прямых ИП, работающих с частотно-импульсным выходным сигналом, возможна при степенных функциях преобразова­ния. Такая возможность определяется тем, что умножители Умн, вы­полняющие функцию умножения частоты на постоянную величину, мо­гут быть построены на тех же делителях частоты [45]. Отметим, что подобная схема прямого преобразования в широком диапазоне может бЬіть также использована при работе основного ИП с синусоидальным сигналом, если требование сохранения синусоидальной формы сигнала для ИП в целом отсутствует. Такой случай составляет исключение из отмеченного выше положения о невозможности применения данного метода в ИП, работающих с синусоидальным сигналом. Реализация ме­тода в логарифмических прямых ИП с частотно-импульсным выходным сигналом ограничивается несовершенством сумматоров частот импульс­ных сигналов (используемых в качестве сумматора Сум). На выходе таких сумматоров образуется импульсная последовательность с нерав­номерным периодом следования, и можно говорить только о средней частоте следования выходных импульсов этих устройств за определен­ный интервал времени [45].

Для обратных ИП с широтно-импульсным входным сигналом по­нятие «расширение диапазона преобразования»» не имеет смысла, так как диапазон изменения относительной длительности импульсов обычно ограничен значениями 0т»п=О, О2ч-О,1; 0max=O,9-f-O,95 [35] и, как пра­вило, используется полностью. Для прямых ИП с широтно-импульсным выходным сигналом расширение диапазона преобразования по данному методу имеет смысл и реализуемую только в случаях, когда диапазон изменения выходной переменной, характеризуемый величиной DBЫх, значительно снижается по сравнению с широким диапазоном изменения входной переменной. Если значение DBых в несколько десятков обес­печивает работу ИП в целом в заданном диапазоне изменения входной переменной, то для указанных выше значений 0m, n и Qmax такой ИП с широтно-импульсным выходным сигналом может быть реализован. Величина ^вых, характеризующая диапазон основного ИП по пере­менной 0, И величина DВых При ^вых<£>вых могут быть одного по­рядка. Подобные условия зависят от вида функций преобразования и выполняется для логарифмических функций, а также могут выпол­няться для степенных функций с показателем /л, значение которого удовлетворяет неравенству 0</п<1. В последнем случае использование данного метода расширения динамического диапазона преобразования возможно, если Dme^.DВЫх, где D характеризует диапазон изменения входной переменной ИП.

Отметим, что в качестве сумматоров Сум и усилителей У должны использоваться достаточно простые и надежные устройства для сум­мирования длительности импульсов с постоянной величиной и умно­жения длительности импульсов на постоянный коэффициент [46].

Можно указать следующие виды ИП, допускающие расширение диапазона преобразования по рассматриваемому методу, независимо оt способа выполнения основного ИП:

преобразователь напряжения в частоту следования импульсов со степенной функцией преобразования;

преобразователь сопротивления (или коэффициента передачи дели­теля напряжения) в частоту следования импульсов со степенной функ­цией преобразования;

логарифмический преобразователь напряжения в длительность импульсов;

логарифмический преобразователь сопротивления (или коэффици­ента передачи делителя напряжения) в длительность импульсов;

преобразователь напряжения в длительность импульсов со степен­ной функцией преобразования с показателем степени 0</п<1;

преобразователь сопротивления (или коэффициента передачи дели­теля напряжения) в длительность импульсов со степенной функцией2 преобразования с показателем степени 0<т<1;

логарифмический преобразователь частоты следования импульсов^ в напряжение;

преобразователь частоты следования импульсов в напряжение со степенной функцией преобразования.