Визначення параметрів вимірювального перетворювача для системного датчика температури

дипломная работа

4. Вибір і обґрунтування принципу роботи вузла аналого-цифрового перетворення

По суті аналого-цифрові перетворювачі або перетворять аналоговий вхідний сигнал (напруга або струм) в частоту або послідовність імпульсів, тривалість якої вимірюють для забезпечення відображаючого цифрового сигналу, або, щоб отримати цифровий вихідний сигнал, порівнюють вхідний сигнал з змінним опорним сигналом , використовуючи внутрішній ЦАП.

В основному знаходять застосування 2 основних типи АЦП: двотактний інтегруючий АЦП і АЦП послідовного наближення. Кожен з них перетворює вхідну напругу в цифровий код, пропорційний вхідній напрузі.

При виборі принципу роботи вузла аналого-цифрового перетворення будемо враховувати наступні фактори: Точність перетворення; Швидкість перетворення; Стабільність точностних характеристик перетворювача в часі; Вартість перетворювача; Гальванічне розділення вхідних і вихідних кіл.

Такими факторами є:

1) із завдання відомо, що час реакції датчика на зміну температури складає більше 10 секунд - можемо застосувати низькошвидкосної АЦП;

2) вимоги до точності перетворення - 14 розрядний АЦП;

3) вартість перетворювача - якомога дешевше;

4) стабільність точностних характеристик перетворювача в часі - з плином часу перетворювач повинен забезпечувати високу якість перетворення без необхідності частої калібрування споживачем;

5) практично всі АЦП дозволяють реалізувати гальванічне розділення між вхідними і вихідними колами, відмінності будуть лише в технічній реалізації та вартості обраного рішення.

Цим вимогам відповідають інтегруючі АЦП, які мають додаткові переваги в порівнянні з АЦП послідовного наближення: мінімальне число необхідних точних компонентів, високу завадостійкість, відсутність диференціальної нелінійності, низьку вартість.

Недоліком таких АЦП є великий час перетворення, обумовлене привязкою періоду інтегрування до тривалості періоду живильної мережі. У нашому випадку вимоги по швидкодії АЦП дозволяють застосувати даний вид АЦП.

Принцип роботи двотактного інтегруючого АЦП. У першому такті циклу перетворення виробляється інтегрування - накопичення інтеграла від деякого вхідного сигналу, а потім у другому також виконується операція "розінтегрування" - зчитування накопиченого інтеграла шляхом подачі на вхід інтегратора іншого вхідного сигналу (опорного). Діаграма зміни напруги Uі на виході неінвертивного інтегратора при реалізації принципу двотактного інтегрування показана на рисунку 4.2.

Рис. 4.1 - Спрощена схема двотактного інтегруючого АЦП

У першому такті тривалістю Т1 напруга Uи змінюється від деякого початкового рівня (в окремому випадку від нуля) до значення Uм. У другому такті тривалістю Т2 відбувається зворотне зміна Uи - від Uм до вихідного рівня. Накопичення інтеграла (протягом Т1) відбувається при подачі на вхід інтегратора напруги Uвх.и = U1, а зчитування (Т2) - при подачі напруги Uвх.и = U2.

Рис. 4.2. Діаграма зміни інтеграла при реалізації принципу двотактного інтегрування

Сумарне збільшення інтеграла за цикл інтегрування дорівнює нулю, тому можна записати

де ф - постійна часу інтегратора.

Звідси видно, що напруги U1 і U2 повинні мати різну полярність, а співвідношення тривалостей тактів визначається рівністю

Делись добром ;)