Операционные электрических измерительных приборов план

Нормирующим значением измерительного прибора называется ус­ловно принятое значение измеряемой величины, могущее быть рав­ным верхнему пределу измерений, диапазону измерений, длине шкалы и др.
По роду измеряемой величины электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры, вольтметры, ваттметры, счетчики электрической энергии, фазометры, частотомеры, омметры и т.д. Условное обозначение по роду измерительной величины (табл. 3.1) наносится на лицевую сторону прибора. На шкалах электроизмерителных приборов указывают также условные обозначения, отражающие род измеряемого тока, класс точности прибора, испытательного напряжения изоляции, рабочего положения прибора и т.д..(табл. 3.2).
Измерительные приборы бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговыми называют измерительные приборы, показания которых являют непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровыми называют измерительные приборы, показания которых выражены в цифровой форме.
В зависимости от вида получаемой информации измерительные приборы подразделяют на показывающие, интегрирующие, суммирующие.
+ Наибольшее распространение в электротехнической практике получили показывающие приборы, т. е. приборы непосредственной оценки, или прямого отсчета. Приборы этого типа независимо от принципа действия и назначения состоят из двух основных частей: измерительной цепи и измерительного механизма. Простейшая измерительная цепь, например вольтметра, представляет собой катушку с последовательно подсоединенным добавочным сопротивлением. При постоянном сопротивлении такой цепи через катушку проходит ток, пропорциональный измеряемому напряжению.
Действующие и среднее значения токов и напряжений в цепях переменного тока.
При расчетах цепей переменного тока, а также при электрических измерениях неудобно пользоваться мгновенными или амплитудными значениями токов и напряжений, а их средние значения за период равны нулю. Кроме того, об электрическом эффекте периодически изменяющегося тока (о количестве выделенной теплоты, о совершенной работе и т. д.) нельзя судить по амплитуде этого тока. Наиболее удобным оказалось введение понятий так называемых действующих значений тока и напряжения. В основу этих понятий положено тепловое (или механическое) действие тока, не зависящее от его направления.
Действующее значение переменного тока — это значение постоянного тока, при котором за период переменного тока в

Рис. 1-3
проводнике выделяется столько же теплоты, сколько и при переменном токе.
Исходя из определения, установим соотношение между действующим и амплитудным значениями.
Пусть при постоянном токе I (и равном ему действующем значении переменного тока) в некотором активном сопротивлении R за период Т переменного тока выделится теплота Q:

Теплота dQ, выделяемая переменным током в том же сопротивлении R за бесконечно малый промежуток dt в любой момент цикла, может быть выражена через мгновенное значение тока к

Примем далее, что ток изменяется по закону синуса:

тогда

и за период Т выделится теплота

после некоторых преобразований —

Легко видеть, что второй интеграл равен нулю, тогда остается

Приравняв (1.5) и (1 6), найдем действующее значение переменного тока:

Выражения для действующих значений ЭДС и напряжения аналогичны выражению (1.7)

В соответствии с ГОСТом действующие значения силы тока, ЭДС и напряжения обозначают соответственно прописными латинскими буквами без индексов 
Электроизмерительные приборы переменного тока градуируют в действующих значениях измеряемых величин.
14. Цифро-аналоговые и аналогово-цифровые преобразователи.
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал – суммирование токов и напряжений. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми элементами и системами.
Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода.
ЦАП преобразует цифровой двоичный код Q₄Q₃Q₂Q₁ в аналоговую величину, обычно напряжение U_вых.. Каждый разряд двоичного кода имеет определенный вес i-го разряда вдвое больше, чем вес (i-1)-го. Работу ЦАП можно описать следующей формулой:
U_вых=e*(Q₁ 1+Q₂*2+Q₃*4+Q₄*8+…), (1)
где e - напряжение, соответствующее весу младшего разряда, Q_i - значение i -го разряда двоичного кода (0 или 1).
Например, числу 1001 соответствует
U_вых=у*(1*1+0*2+0*4+1*8)=9*e, а числу 1100
U_вых=e*(0*1+0*2+1*4+1*8)=12*e.
На рисунке 3.3.4.1 приведена схема цифро - аналогового преобразователя.

Рисунок 3.3.4.1 - Схема цифро-аналогового преобразователя
Упрощенная схема реализации ЦАП представлена на рис1. В схеме i – й ключ замкнут при Q_i=1, при Q_i=0 – разомкнут. Регистры подобраны таким образом, что R>>Rн.
Эквивалентное сопротивление обведенного пунктиром двухполюсника Rэк и сопротивление нагрузки Rн образуют делитель напряжения, тогда
Uвых = E Rн / Rэк + Rн » E*Rн / Rэк (2)
Проводимость двухполюсника 1 / Rэк равна сумме проводимостей ветвей (при Q_i=1 i – ветвь включена, при Q_i=0 – отключена):
1 / Rэк = Q1 / 8R + Q2 / 4R + Q3 / 2R + Q4 / R (3)
Подставив (3) в (2), получаем выражение, идентичное (1)
Uвых = (8Е Rн / R)*( Q₁*1 + Q₂*2 + Q₃*4 + Q₄*8 )
Очевидно, что е = 8Е Rн / R. Выбором е можно установить требуемый масштаб аналоговой величины.
2. Аналогово-цифровые преобразователи. В информационных и управляющих системах часть (или вся) информация от датчиков бывает представлена в аналоговой форме. Для ее ввода в цифровые ЭВМ и цифровое управляющее устройство широко применяются аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). В большинстве случаев АЦП выполняют преобразование входного напряжения или тока в двоичный цифровой код.
Существуют различные типы АЦП. Мы остановимся лишь на тех типах, которые получили в настоящее время наибольшее распространение.

+Рисунок 3.3.4.2 - Схема АЦП последовательного приближения