Рис, 4.1. Схема ПСЗН на основе термопреобразователя

Измеряемое напряжение Ux через разделительный конденсатор поступает на преобразователь напряжения в ток, построенный на ОУ А1. Выходное напряжение ТП усиливается усилителем А2 и преобразуется АЦП. Код АЦП поступает на микроЭВМ, которая управляет работой ключей S1-S4 и цифрового отсчетного устройства ЦОУ и производит необходимые вычисления. При измерении ключи S1-S4 находятся в положении /. Результат- измерения U рассчитывается в микроЭВМ по формуле

где N-код на выходе АЦП; Ci, Сг - коэффициенты, определяемые при периодических калибровках.

Калибруют ПСЗН с помощью источника опорного постоянного напряжения ИОН, причем требуется лишь кратковременная стабильность его выходного напряжения Don в течение времени проведения соответствующих измерений. При калибровке ключи 81я S8 находятся в положении 2.

Вначале при разомкнутом ключе S2 АЦП измеряет напряжение на выходе решающего усилителя А2 (ключ S4 - в положении /) и на сопротивлении R2 (ключ S4 - в положении 2). I При этом на выходе АЦП возникают коды - соответственно Ni и Nz- Затем на вход преобразователя напряжения в ток А1 подается опорное постоянное напряжение С/оп (ключ 52 - в положении 2) и снова измеряется напряжение на выходе усилителя А2 и на сопротивлении .2 (коды на выходе АЦП - N3 и N4). По результатам этих измерений рассчитываются и записываются в память микроэвм коэффициенты:

Ci=Nu C2={Ni-N2)/{Ns-N,). >

Можно показать, что в этом случае исключается влияние ЭДС и токов смещения усилителей Л/ и А2, паразитной термо-ЭДС,

присутствующей во входной цепи усилителя А2, аддитивной погрешности АЦП, корректируется отличие от номинальных значений коэффициентов передачи преобразователя напряжения в ток, термопреобразователя, выходного усилителя А2. Нескорректированными остаются только мультипликативная погрешность АЦП и его погрешность нелинейности, но их значения обычно гораздо меньше погрешности ПСЗН, а также частотные погрешности преобразователя напряжения в ток и термопреобразователя ТП.

Интервал времени между калибровками определяется скоростью изменения перечисленных параметров от. времени и составляет 30 мин, при этом погрешность ПСЗН не превышает 0,03%.

Для увеличения быстродействия преобразователя решающий усилитель, построенный на основе А2, может работать в режиме инерционно-форсирующего звена (ключ S3 -в положении /). Регулировкой сопротивления R3 можно добиться компенсации инерционности термопреобразователя ТП, при этом время установления показаний ПСЗН не превышает 2 с. При измерении напряжения изкoй частоты для повышения инерционности ПСЗН и снижения таким образом пульсаций на входе АЦП ключ S3 размыкают. Тогда вместо инерционно-форсирующего получается инерционное звено с небольшой постоянной времени, а основную функцию ФНЧ выполняет ТП. В ПСЗН использован многоэлементный термопреобразователь Т 200, обладающий строго квадратичной зависимостью выходной термо-ЭДС от входного тока. В принципе в ПСЗН может быть использован термопреобразователь с характеристикой, отличной от квадратичной, в этом случае несколько усложняется формула расчета измеряемого напряжения, а при калибровье требуется провести дополнительные измерения при еще одном значении опорного напряжения.

Предел допускаемой основной погрешности ПСЗН не превосходит 0,03 % в диапазоне частот 40 Гц-10 кГц и 0,3 % в диапазоне 20 Гц-200 кГц. Максимальный коэффициент амплитуды входного напряжения равен 4, при этом предел допускаемой дополнительной погрешности не превышает 0,2 % •

Преобразователь, описанный в [14], относится к схеме 1 табл. 1.1 (рис. 4.2). В нем измеряемое напряжение возводится в квадрат с помощью умножителя на полевых транзисторах - квадратор К. Далее следует ФНЧ, состоящий из нескольких звеньев, что обеспечивает малое время измерения. Поскольку структура ПСЗН разомкнута, то схема устойчива независимо от числа звеньев ФНЧ. Выходное напряжение фильтра с помощью АЦП преобразуется в код N, который обрабатывается в микроЭВМ.

Результат измерения

Рис. 4.2. Схема ПСЗН с квадратором на полевых транзисторах

где Л - ЧИСЛОВОЙ код на выходе АЦП, когда на вход ПСЗН поступает измеряемое напряжение N\ - коэффициент, определяемый при периодических коррекциях ПСЗН; с - коэффициент, определяемый при ежегодных поверках прибора.

Коэффициент iVi определяется аддитивными погрешностями звеньев, входящих в состав ПСЗН. Основной причиной изменения этого коэффициента является температурный дрейф ЭДС и токов смещения ОУ, на основе которых построен квадратор. Для обеспечения заданной точности преобразования коррекция ПСЗН должна проводиться один раз в 2 мин. Она заключается в том, что на вход ПСЗН с помощью ключа 5 подается нулевой потенциал и в микроэвм запоминается код N\. Коррекция занимает 1,5 с.

Коэффициент с определяется масштабными коэффициентами звеньев, входящих в состав ПСЗН. В схеме преобразователя, построенного на основе квадратора на полевых транзисторах, дрейф мультипликативной погрешности гораздо меньше дрейфа аддитивной погрешности ПСЗН, поэтому коррекцию коэффициента С достаточно проводить лишь один раз в год. Калибровка заключается в том, что измеряется образцовое переменное напряжение С/оп, и коэффициент С рассчитывают в микроЭВМ;

оп>

ггде N2 - код на выходе АЦП, когда на вход ПСЗН поступает

напряжение Lon-

Преобразователь имеет следующие характеристики: предел допускаемой основной погрешности преобразования в диапазоне частот 20 Гц-100 кГц не превышает 0,2%; предел допускаемой дополнительной погрешности при коэффициенте амплитуды 4 не превышает 0,8 %; время преобразования 0,6 с.

В [13] описан ПСЗН, также относящийся к схеме 1 табл. 1.1. В этом ПСЗН возведение напряжения в квадрат и усреднение также осуществляются в аналоговом виде, а извлечение квадратного корня - в цифровом.

Рассмотрим работу ПСЗН (рис. 4.3). Процесс преобразования состоит из двух тактов. Во время первого такта (ключ 5

находится Б положении /) напряжение Ux возводится в квадрат квадратором К, построенным на базе микросхемы умножителя типа 525ПСЗ. Выходное напряжение квадратора интегри-

руется интегратором И в течение интервала времени, равного или кратного периоду преобразуемого напряжения. Выходное на-