Средства учета количества электричества и электрической энергии
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ой характеристикой данного измерительного устройства, так как, зная его размер, можно определить, какое значение измеряемой величины соответствует конкретному значению выходного кода счетчика импульсов, который отражается на устройстве индикации.
Алгоритмом работы измерителя-дозатора количества электричества является процесс непрерывного вычисления интеграла во времени от текущего значения напряжения, поступающего на вход схемы с первичного преобразователя.
Основной операцией, которая выполняется дозирующим устройством в процессе измерения и интегрирования является операция квантования измеряемой величины по вольт-секундной площади. Важнейшим элементом в структуре дозатора, выполняющим функции квантования, является интегрирующий преобразователь, поэтому наиболее ответственным этапом при проектировании дозирующих устройств является выбор варианта квантователя и расчет параметров его электрической схемы.
2.3 Обоснование выбора схемы интегрирующего преобразователя в качестве квантователя измеряемой величины по вольт-секундной площади
Интегрирующий преобразователь, предлагаемый для применения в схеме дозирующего устройства, построен по принципу преобразователя напряжения в частоту интегрирующего типа.
Преобразователи напряжения в частоту (ПНЧ) находят применение при разработке различных средств измерения и по своей структуре могут быть отнесены к одной из двух разновидностей: ПНЧ разомкнутого типа и ПНЧ с обратной связью [26, 27].
ПНЧ разомкнутого типа обладают, как правило, невысокой точностью и стабильностью преобразования, поэтому применяются реже. Из ПНЧ с обратной связью наиболее перспективными, с точки зрения повышения точности, быстродействия и простоты исполнения, в настоящее время признаны интегрирующие ПНЧ с импульсной обратной связью, как схемы с наилучшими метрологическими свойствами [28]. Помимо перечисленных положительных качеств данные преобразователи напряжения характеризуются широким динамическим диапазоном, а также удобством передачи выходной величины (счетная последовательность импульсов) на большие расстояния без искажений [22].
Простой и наиболее перспективной для применения в измерительных устройствах можно считать схему, представленную в [29] (рисунок 2.2).
Схема работает следующим образом. Преобразуемое напряжение UX интегрируется усилителем постоянного тока УПТ и поступает на устройство сравнения УС, на второй вход которого подано опорное напряжение U0. В момент равенства выходного напряжения интегратора UИ(t) и U0 устройство сравнения формирует в течение интервала времени tOC импульс обратной связи с амплитудой UOC, который должен обладать постоянной вольт-секундной площадью S0=UOCtOC. Цикл работы преобразователя определяется интервалом времени TX = tИ + tOC,, зависящим от значения напряжения UX.
а) б)
Рисунок 2.2 - Схема преобразователя напряжения в частоту с импульсной обратной связью (а) и характеристика его работы (б)
Для процессов заряда и разряда интегратора справедливо выражение
(2.1)
где 1=R1C, 2=R2C.
При прямоугольной форме импульсов амплитудой UOC
(2.2)
или (2.3)
где (2.4)
Следовательно, уравнение преобразования ИИ с прямоугольной формой импульса обратной связи можно записать в виде
, (2.5)
т.е. параметры преобразователя не зависят от значений емкости С и опорного напряжения U0. Они определяются только отношением суммирующих сопротивлений интегратора и стабильностью площади импульса обратной связи. Форма импульса обратной связи может отличаться от прямоугольной, важно обеспечить лишь стабильность вольт-секундной площади, которая в таком случае будет равна
(2.6)
Подобные схемы ИИ могут обеспечить общую погрешность преобразования не хуже 0,1 % [29].
На значение общей погрешности существенное влияние может оказать дрейф нуля интегратора, поэтому в преобразователях малых напряжений в частоту используют различные способы компенсации дрейфа нуля интегратора, не ухудшающие быстродействия. С этой целью, например, в одном из вариантов в рассмотренную схему добавляется устройство компенсации дрейфа нуля, состоящее из дополнительной интегрирующей цепи и усилителя постоянного тока типа МДМ (с модуляцией и демодуляцией), который обладает очень малым собственным дрейфом нуля [30]. Более высокая точность преобразования может быть получена в ПНЧ с опорной тактовой частотой. Известны схемы ПНЧ с импульсной обратной связью с раздельным формированием амплитуды и длительности импульса обратной связи (рисунок 2.3) [28]. Достоинством таких ПНЧ является то, что они не требуют применения прецизионных конденсаторов, как, например, в схемах ПНЧ, где в качестве звена обратной связи используется RCцепь.
Рисунок 2.3 Схема ПНЧ с импульсной обратной связью
Схема работает следующим образом. На тактовый вход С триггера Т подаются импульсы образцовой частоты f0, минимальное значение которой выбирается из условия:
f0min = 2,5fmax, (2.7)
где fmax максимальная выходная частота ПНЧ.
При срабатывании компаратора ОУ2 на вход D триггера Т подается разрешающий сигнал и при поступлении п?/p>