Рис. 3.10. Дискретизация непрерывной измеряемой величины во време-

меряют его мгновенное значение. Измерения следуют через одинаковый интервал времени, равный Tin (рис. 3.10). Результаты отсчетов суммируют и делят на п. Таким образом получают среднее значение напряжения Ux.

Если входное напряжение не содержит гармоник, порядок

которых выше S, то при числе измерений за период n>-S методическая погрешность измерения среднего значения отсутствует?. В том случае, когда спектр входного сигнала бесконечен, погрешность измерения будет уменьшаться с ростом числа п. . .

Цифровые интеграторы должны быть снабжены устройством выделения периода и вычислительным устройством. В качестве последнего удобно использовать микроЭВМ, с помощью которой можно не только производить все необходимые вычислительные операции, но также алгоритмическим путем выделить и измерить период. •

Быстродействие цифровых интеграторов обычно составляет 1-2 периода входного сигнала. Цифровые интеграторы в основном применяют для подавления переменной составляющей низкой и инфранизкой частоты. Недостатком цифровых интеграторов является их сложность.

Аналоговые интеграторы. Напряжение на выходе идеализированного интегратора (рис. 3.11,а)

(3,16)

Где Го-RC - постоянная времени интегратора; т - время интегрирования; Ыд; - напряжение на входе интегратора; (7н -напряжение на выходе интегратора в начальный момент времени f== =0.

Если Ux=Ucp+Umsm{v)t-\-<po), где Ucp и t/m - соответственно постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей напряжения; фо - начальная фаза гармоники с круговой та-стотой О), то при условии, что Uti=0, выходное напряжение интегратора

1- t/Bb,x = -f/cp---[cOS<f„-COS(co.-i-<p„)I. (3.17)

Как следует из (3.17), коэффициент передачи интегратора уменьшается с ростом частоты, что и позволяет использовать его в качестве усредняющего устройства. Относительное умейьшение

1 "сА

-

a) dT)

Рис. 3.11. Преобразователь напряжения в интервал времени (а) и зависимость Uc==F{f) (б)

ВЛИЯНИЯ переменной составляющей по сравнению с постоянной составляющей входного напряжения характеризуется коэффициентом подавления, значение которого В, выраженное в децибелах, равно [72]:

0,5wx

В = 201g

sinO,5<oi;

Из данного выражения вытекает, что В--оо, если т/Г=т, где Г=2я/(в - период гармонической составляющей; т -любое положительное целое число. Нетрудно убедиться, что коэффициент подавления стремится, к бесконечности также и для любой из гармоник сигнала, период которого равен Т. Таким образом, для подавления переменной составляющей необходимо, чтобы время интегрирования было кратным целому числу ее периодов.

Если отношение т/7 поддерживать постоянным при изменении периода Т в широком диапазоне, тр время интегрирования будет существенно изменяться, что повлечет за собой значительнее изменение коэффициента передачи интегратора. Поэтому целесообразно регулировать коэффициент т таким образом, чтобы в процессе измерения время интегрирования изменялось в определенных сравнительно небольших пределах [73].Для этого пульсирующее напряжение Ux подключают ко входу интегратора в момент перехода переменной составляющей напряжения Ux через нуль и одновременно запускают устройство временной задержки с временем выдержки п. Напряжение отключают от входа интегратора по истечении времени п в момент очередного и одноименного с исходным перехода через нуль переменной составляющей напряжения Ux. Таким образом, время усреднения составляет целое число периодов.

При выборе времени задержки ti, равного половине максимального периода усредняемого напряжения Тт, соответствующего нижней границе частотного диапазона, время интегрирования с ростом частоты усредняемого напряжения будет изменяться не более чем в два раза, т. е. 0,5ТтгТт. Действительно, t не может быть меньше чем ti-0,57Vn из-за устройства задержки, Ш

a выше Тт оно также не будет, так как число периодов интегрирования m-Ent{xif)-\-\.

. Как следует из (3.17), {/вых=-f/срт/то при х/Т=т. Таким образом, выходное напряжение интегратора пропорционально произведению среднего значения входного напряжения на время интегрирования т и обратно пропорционально постоянной времени интегратора то. Постоянная времени xq-RC зависит от влияющих величин, и прежде всего от температуры окружающей среды. Чтобы исключить влияние то на результат усреднения, обычно используют метод двухтактного интегрирования. Цикл работы преобразователя напряжения в интервал времени на основе двухтактного интегрирования (рис. 3.11,а) состоит из двух тактов. Во время первого такта переключатель 5 находится в положении /, а во время второго - в положении 2. В момент времени t= =0 (начало первого такта) переключатель 5 подключает напряжение Ux ко входу интегратора. В результате напряжение на конденсаторе Uc начинает возрастать (рис. 3.11,6). В момент времени t=% первый такт заканчивается и переключатель 5 подключает интегратор к источнику постоянного опорного напряжения f/o, полярность которого противоположна полярности пульсирующего напряжения Ux.

В момент времени 1=1 заряд на конденсатор С составит

-dt. - (3.18)

Во время второго такта происходит разряд конденсатора напряжением и о вплоть до момента времени х, когда конденсатор полностью разрядится.

В течение интервала времени т-х=Тх. изменение заряда конденсатора

дд,= г-ijf = (3.19)

При отсутствии утечки изменения зарядов AQi и AQ2 равны между собой, следовательно

Т=ирх/и. (3.20)

Интервал времени Тх не зависит от сопротивления R и емкости С. Необходимо только, чтобы их значения не изменились в течение одного цикла измерения. Интервал времени Тх можно легко и точно преобразовать в код.

Из (3.20) следует, что интервал времени Тх прямо пропорционален времени интегрирования т, зависящему от частоты измеряемого напряжения. Рассмотрим способы, позволяющие исключить влияние X на результат измерения.

Деление результата измерения на т. Этот способ удобно реализовать с помощью микроэвм. В микроЭВМ в виде кода вводят информацию об интервалах времени Тх и т.

7-6066 89