Непрерывные (аналоговые), дискретные, квантованные

Дата: 2025-05-01; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

СИ используют множество различных видов сигналов. Важным квалификационным признаком сигналов является характер их изменения во времени и по информативному параметру.

t

Рисунок 6. Пример сигнала непрерывного по времени

По этому признаку различают непрерывные (аналоговые) и дискретные сигналы. Изменение сигнала по информативному параметру называется из-

менение по уровню сигнала.

Дискретные по уровню сигналы называются квантованными сигналами.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИ

1. Непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и времени сигналы.

x(t)

X Y

x₂

x₁

0 t

y(t) 1 2

Y₂

Y₁

1 2 t

а)

Y(t) w = const

Y_m1 Y_m2

0 1 2 t

б)

Y(t) Y_m = const

ω₁=const ω₂=const

0 1 2 t

в)

Рисунок 7. Гармонический и непрерывный (аналоговый) сигналы

В гармонических сигналах на выходе прибора информативными параметрами могут быть также амплитуда гармонического сигнала Ym и круговая частота ω, сдвиг фаз.

Изменение информативного параметра гармонического сигнала в соответ-

ствии с изменением измеряемой величины называется модуляцией сигнала.

В гармонических сигналах на выходе измерительного прибора нформа-ционные параметры могут быть так же амплитудно-гармонического сигнала Ym (Рис. 7, б) и частота ω (Рис. 7, в). Кроме того между информационными параметрами может быть сдвиг фаз. Изменение информационного параметра гармонического сигнала с изменением измеряемой величины называют модуляцией сигнала.

2. Непрерывные по информативному параметру и дискретные по времени

сигналы.

X(t)

X Y

X₂

X₁

0 1 2 t

Y(t)

Амплитуда импульсов Y_m Y_m2 f_и = const

Y_m1

a) t

Y(t)

Y_m = const

Частота импульсов f_и1 f_и2

f_и1 f_и2 t

б)

Y(t)

t₁ t₂

Длительность импульсов τ₂ > τ₁ T = const

t

T T T

б)

Рисунок 8. Непрерывный по информативному параметру и дискретный по времени сигнал

На рис. 8, а показан сигнал с информативным параметром амплитуды импульса Ym. Частота следования импульсов fu = const.

На рис. 8, б показан сигнал с информативным параметром. Частота следования импульсов fu, амплитуда импульсов Ym = const.

На рис. 8, в показан сигнал с информативным параметром. Длительность импульса τ, период следования импульса Т = const.

3. Сигналы непрерывные во времени и дискретные по информативному параметру.

X(t)

X₂

X₁

t

Y(t)

Y₂

Y_i

Y₁ DY

t

Рисунок 9. Непрерывный во времени и дискретный по информативному параметру сигнал

Информативный параметр в данном случае может принимать только некоторые разрешенные уровни Yi, отстоящие друг от друга на величину ΔY, которая называется дискретой или квантом.

По этому принципу реализован цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

5. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

5.1. Принцип работы электромеханические измерительные приборы

Основным узлом электромеханического прибора является электромехани-

ческий измерительный механизм, который служит для преобразования электро-

магнитной энергии измеряемого входного сигнала в механическую энергию

перемещения подвижной части механизма. В большинстве случаев переме-

щение подвижной части измерительного механизма представляет собой вра-

щательное движение, поэтому выходной величиной является угол поворота

подвижной части с закрепленной на ней стрелкой. Кроме измерительного

механизма электромеханический прибор имеет масштабные преобразователи

и вспомогательные элементы (крепежные детали, демпферы, ограничители и т.п.).

Уравнение преобразования измерительного механизма имеет вид:

d

M = , (3)

dα

где – энергия электромагнитного поля, сосредоточенная в механизме

М – механический момент, вращающий подвижную часть механизма

α – угол поворота подвижной части механизма

Для того чтобы угол α зависел от измеряемой величины, в измерительный механизм вводится пружина, создающая противодействующий момент.

= W·α , (4)

где W – удельный противодействующий момент

α – угол

Противодействующий момент направлен против вращающего момен-

та М. Показания электромеханического прибора устанавливаются при условии равновесия.

М = (5)

По способу преобразования электромагнитной энергии электромеханичес-

кие измерительные механизмы делятся на пять основных групп:

1. Магнитоэлектрические измерительные механизмы (МЭИМ).

2. Электромагнитные измерительные механизмы (ЭМИМ).

3.Электродинамические измерительные механизмы (ЭДИМ).

4.Индукционные измерительные механизмы (ИИМ).

5.Электростатические измерительные механизмы (ЭСИМ).

5.2 Магнитоэлектрические измерительные приборы

Состав:

1) магнитоэлектрические измеряемые механизмы(МЭИМ);

2) масштабные преобразователи (дополнительное сопротивление, шунты,

делители напряжения);

3) вспомогательные элементы и устройства.

1. Принцип действия МЭИМ

В основу работы МЭИМ положен принцип Лоренца.

На проводник с током, расположенном в магнитном поле, действует сила Лоренца.

F_л

I

B

Рисунок 10. Действие силы Лоренца, на проводник, расположенный в магнитном поле

2. Схематическое устройство МЭИМ.

8 7

1 N 4 S

B

5

2

I

3 6 1

Рисунок 11. Статическое устройство МЭИМ

1 – постоянный магнит;

2 – магнитопровод из мягкой углеродистой стали;

3 – полюсные наконечники (башмаки);

4 – магнитомягкий круговой цилиндр из малоуглеродистой стали;

5 – катушка из изоляционного каркаса с обмоткой из медного провода;

6 – противодействующая пружина (используется спираль Архимеда или тор-

сионы);

7 – стрелка, жестко связанная с подвижной катушкой;

8 – шкала.

3. Работа МЭИМ

Постоянный магнит 1 создает магнитный поток, который замыкается через магнитопровод 2, полюсные наконечники 4 и рабочий зазор. Если в катушку 5 подается ток I , то при взаимодействии его с магнитным полем, индукцией Вδ, в рабочем зазоре возникает момент Лоренца. Этот вращающий момент

уравновешивается противодействующим моментом пружины 6. В момент успокоения угол отклонения подвижной части механизма α указывает какой ток протекает через измеряемый механизм.

Уравнение связи (связь между входной и выходной величинами) МЭИМ:

Bδ·S·N

α = · I , (6)

W

где Вδ – магнитная индукция в рабочем зазоре;

S и N – соответственно площадь поперечного сечения и число витков

измерительной катушки

W – удельный противодействующий момент пружины.

4.Достоинства магнитомягких измерительных механизмов

I(t)

I₀ ≈ I_ср

t

Рисунок 12. Интегрирование входного тока МЭИМ

B·S·N

α = ———— ·Iср (7)

W

а. Высокая точность измерительного механизма. Индукция в зазоре имеет высокое значение (В=0.5…1.5 Тл). Число витков N=100..500.

б. Высокая чувствительность не зависит от угла поворота и тока.

в. Равномерность шкалы.

α

0 I_ср

5. Недостатки:

а) невозможность измерения переменного тока;

б) малая перегрузочная способность;

в) относительная сложность конструкции механизма.

6. Области использования. Амперметры и вольтметры постоянного тока,

омметры и гальванометры (измеряют количество электричества), а так же в приборах с преобразованием рода тока (выпрямительные приборы), где

используются механизмы измерения и термоэлектрические приборы, в кото-рых используются термопары и магнитоэлектрические механизмы и элект-ронные приборы, где переменный ток преобразуется полупроводниковыми приборами в постоянный ток.

7. Точность. Классы точности: (0.05); 0.1; 0.2; 0.5;1.0 – относительная погрешность в процентах.

.

6. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ (ЭЛЕКТРОННЫЕ ВОЛЬМЕТРЫ)

Электронный вольтметр является прибором с преобразованием рода тока.

Введем обозначения:

В – выпрямитель;

У – усилитель переменного тока;

УПТ – усилитель постоянного тока;

М – модулятор.

Электронный вольтметр- это сочетание выпрямителя, усилителей и маг-нитоэлектрического механизма.

~U

=U

Рисунок 13. Схема универсального электронного вольтметра постоянного и переменного тока

Порог чувствительности по напряжению на переменном токе составляет 0.1-0.2 В. Это объясняется тем, что первым блоком на переменном токе является выпрямитель.

Порог чувствительности определяется порогом чувствительности диодов выпрямителя.

I I

I₀

0 U₀ U 0 U₀ U

0.1- 0.2

Рисунок 14. Порог чувствительности диодов выпрямителя

Плюсы: благодаря использованию на входе высокочастотных выпрями-тельных диодов можно достичь максимальной частоты измеряемого сигнала до fmax=300 МГц.