в частном случае, когда Vh - постоянное напряжение, необходимость в преобразователе ИП2 отпадает и напряжение И подают непосредственно на зажим 2 переключателя S1. Однако при этом температурный и временной дрейф напряжения смещения и входного тока звеньев ЗРК и ИП1 должен быть достаточно малым.

Процесс компарирования осуществляется в течение двух тактов. В первом такте переключатели S1 и S2 находятся в положении 1. Благодаря замкнутой системе автоматического регулирования, образованной звеньями ЗРК, ИП1, СУ и ЗУ1, коэффициентом передачи ЗРК управляют сигналы с выхода СУ через ЗУ1 и изменяют его до тех пор, пока величина Z на выходе ИП1 не станет равной Z„ с погрешностью, обусловленной статизмом системы ав-• томатического регулирования. По окончании переходных процессов в первом такте переключатели S1 и S2 по сигналам с БУ переводятся в положение 2, и начинается второй такт. Благодаря ЗУ1 величина сохраняется в течение второго такта неизменной. Во втором такте в компараторе действует замкнутая система автоматического регулирования, образованная звеньями СУ, ЗУ2, ИП2 ЗРК, ИП1, которая поддерживает значение параметра Zk на выходе преобразователя ИП1 близким к Zm. После окончания переходных процессов при условии, что kiksZfUxl, на выходе преобразователя установится постоянное напряженце U Ux/k.

Отсюда следует, что постоянное напряжение U пропорционально Ux независимо от вида функции преобразования основного измерительного преобразователя ИП1.

Основные источники погрешностей компаратора: статизм следящих систем авторегулирования, дрейф выходного напряжения ЗУ] во втором такте, нестабильность и нелинейность коэффициента преобразования ИП2, различие форм кривых преобразуемого Ux и замещающего Uk напряжений, внутренние шумы компаратора, частотная погрешность входных цепей.

Схема, представленная на рис. 2.2,6, была положена в основу компаратора в котором СЗН сравнивалось с прямоугольным переменным напряжением со скважностью, равной двум (рис. 2.2,е) [28]. Здесь в роли чувствительного элемента, реагирующего на СЗН, был использован фотоэлектрический преобразователь (ФП), состоящий из миниатюрной лампы накаливания ЛН и фоторезистора Яф. По сравнению с другими типами электротепловых преобразователей ФП имеет более высокую чувствительность и меньшую инерционность. Применение ФП позволило выполнить устройство сравнения в виде четырехплечего моста, питаемого от вспомогательного источника постоянного напрякения, к стабильности которого не предъявляют жестких требований.

Условные обозначения основных узлов на рис. 2.2,е так1?е же, как и на рис. 2.2,6, но добавлены: ДН - делитель напряжения, служащий для расширения пределов измерения; Я - повторитель напряжения.

Выходное напряжение компаратора

где коэффициент передачи ДН.

4* 51

Звено ИП2 образовано автоколебательным мультивибратором Мв, тригге ром со счетным входом Тг и модулятором М. Модулятор преобразует постоян ное напряжение в прямоугольное переменное -меандр. Среднеквадратическо( ЗН такой формы равно амплитуде прямоугольных импульсов и связано с по •етоянным преобразуемым напряжением зависимостью UkkiU. Выражение дл5 определяется конкретной схемой модулятора.

Компаратор снабжен схемой защиты лампы накаливания от перегрузок (не рис. 2.2,в не показана).

Технические характеристики компаратора перечислены ниже.

Пределы преобразуемых напряжений 0,1; 1; 10; 100; 350 В.

Предел допускаемой основной погрешности в процентах от преобразуемогс яапряжения в диапазоне частот 45 Гц-10 кГц не превышает

±[0,25+0,05 (г/„оь,/г/л:-1)],

а в диапазоне частот 20-45 Гц и 10-100 кГц

±[0,5+0,1 (£/„„„/t/:.-l)].

где t/ном - номинальное значение предела измерения.

Предел допускаемой дополнительной погрешности от изменения коэффициента амплитуды от 1,0 до 4,0 не превышает 0,5 %, а от изменения температуры в диапазону от 10 до 35 °С - половины основной погрешности на каждые 10 °С; время установления показаний не превышает 4 с.

Погрешности преобразователя в основном обусловлены несовершенством элементной базы, и прежде всего временной и температурной нестабильностью элементов пассивного делителя напряжения, частотной погрешностью усилителей А1 и А2, а также нестабильностью коэффициента передачи повторителя на-лряжения Я и коэффициента преобразования ИП2.

Компараторы разновременного сравнения с постоянным уравновешивающим напряжением практического применения не полумили, так как по точности находятся на одном уровне с аналогичными компараторами одновременного сравнения, а по быстродействию и сложности реализации уступают им.

Наряду с компараторами одновременного и разновременного сравнения известны компараторы периодического сравнения, являющиеся разновидностью компараторов разновременного сравнения. Характерная особенность компараторов периодического сравнения состоит в том, что измеряемое и замещающее напряжения передаются по одному каналу, однако эти напряжения на входе компаратора меняются настолько быстро, что переходный процесс в компараторе завершается только после ряда чередований измеряемого п замещающего напряжений.

Компаратор периодического сравнения. Схема компаратора состоит из переключателя S, умножителя Уж, фильтра низкой частоты ФНЧ, усилителя постоянного тока У и инвертора И (рис. 2.3) [55]. Когда ключ S находится в положении напряжение на выходе умножителя равно cUx, где Ci-постоянная. При переводе ключа в положение 2 напряжение на входе умножителя равно <1вых, где f/вых-выходное напряжение компаратора. Если параметры фильтра выбрать таким образом, чтобы при коммута-.52

Рис. 2.3. Схема компаратора периодического сравнения

ции ключа с некоторой частотой f пульсации напряжения на выходе умножителя эффективно подавлялись, то

- При коэффициенте усилителя получим ы/С/вых- Осо-Шкбое внимание следует уделить выбору частоты коммутации ключа

которая обычно составляет от 1 до 5 Гц. Низкая частота пере- ключений ключа снижает быстродействие компаратора, а высокая ж снижает точность измерений. Это обусловлено тем, что погреш-ность, возникающая из-за некратности периода коммутации периоду измеряемого напряжения, будет возрастать по мере уменьшения отношения измеряемой частоты к частоте коммутации.

Периодическая коммутация сигналов является источником дополнительных погрешностей, поэтому компараторы периодического

- сравнения по своим метрологическим характеристикам занимают промеж:уточное положение между компараторами одновременного W и разновременного сравнения, уступая первым в быстродействии,

а вторым в точности.

Компараторы с периодическим сравнением сложнее компарато-Ёров одновременного сравнения, что является одной из причин, по Н[ которой компараторы периодического сравнения не получили ши-И1-рокого распространения для измерения СЗН.

2.3. Метод итерационной коррекции

Термин итерация означает последовательное приближение. Сущность метода итерационной коррекции заключается в проведении ряда последовательных измерений (преобразований), каждое из которых позволяет повысить точность оценки измеряемой величины. В результате итерационной коррекции уменьшаются Только погрешности определенного вида, но именно эти погрешности существенно влияют на точность измерения.

Обобщенная схема ИП, реализующего алгоритм итерационной Коррекции, представлена на рис. 2.4. Схема содержит прямую цепь (ПЦ), функция преобразования которой

Го= (ko-{-Ak)x+\AYo,