Итак, теперь мы можем преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Цифровой сигнал можно передавать, хранить, обрабатывать, представлять на светодиодном индикаторе или огромном жидкокристаллическом экране. Но перед АЦП должно быть одно небольшое устройство, которое нередко стоит (вместе с наладкой) более половины стоимости прибора - входная цепь. Как мы уже писали раньше, АЦП+устройство индикации представляет собой довольно универсальный "показометр".
А вот входные цепи универсальными быть не могут - ведь именно они определяют, что прибор измеряет и в каком диапазоне.
Задача входной цепи - привести входной сигнал в напряжение рабочего диапазона. В редких случаях вместо напряжения нас интересует ток или даже такие экзотические варианты, как частота и скважность, но в подавляющем большинстве случаев АЦП преобразует именно напряжение. Соответственно, основных задач у входной цепи две - преобразовать сигнал в напряжение и отнормировать это напряжение до заданных величин.
По способу решения первой задачи все входные цепи измерительных приборов условно можно разделить на два принципиально разных класса - для измерения неэлектрических величин и для электроизмерений. В первом случае основная сложность заключается в преобразовании неэлектрической величины в электрическую. Для этого применяются различные датчики или измерительные преобразователи.
Проблема с точностью, в данном случае, дополняется тем, что ряд физических величин напрямую в ток-напряжение-частоту преобразовать невозможно, приходиться делать два, а то и три преобразования.
Например давление вообще ни во что само по себе не преобразовывается. Давление необходимо преобразовать в деформацию, деформацию уже можно измерить напрямую. Скорость потока воздуха можно измерить с помощью трубки Пито-Прандля, которая преобразует скорость потока в разность давлений. Соответственно, если мы хотим измерить скорость потока такой трубкой, то мы преобразуем скорость потока в давление, давление в деформацию мембраны, деформацию мембраны (наконец-то!) в электрическое сопротивление тензорезистора.
Дальше преобразования электрические - сопротивление тензорезистора преобразуется в падение напряжения, которое усиливается нормирующим усилителем (т.е. усилитель не с абы-каким усилением, а именно с таким, чтобы на вход АЦП поступило напряжение именно в заданном диапазоне при заданном диапазоне давлений) и только после этого попадает в АЦП.
При этом надо, чтобы все преобразования проходили максимально точно или неточности отдельных шагов вычитались друг из друга и таким образом компенсировались. Что проще - зависит от очень большого количества факторов. Именно здесь закрадываются неточности, которые невозможно исправить потом, поэтому входные цепи часто бывают сложны в расчете и исполнении, что и определяет их высокую стоимость.
В измерителях электрических величин все значительно проще, если мы измеряем постоянное напряжение - тут вопрос стоит только в нормировке. Переменное напряжение нужно выпрямлять и это уже может создать проблемы. Если мы измеряем что-то другое - ток, частоту, емкость, индуктивность и пр, то тут нас опять ждет множество преобразований. В том случае, когда мы имеем дело с переменным напряжением высокой частоты, например в осциллографах, спектроанализаторах, высокочастотных вольтметрах сильное значение приобретают неосновные ("паразитные") параметры линий - индуктивность, емкость, волновое сопротивление и т.д. Все это приводит к тому, что и при измерении электрических величин зачастую дешево входную цепь сделать не получается...
У входной цепи есть еще одна немаловажная функция - защитная. В идеале защита должна быть абсолютно незаметной при нормальной работе и абсолютно эффективной при ошибке. К сожалению, такая защита получается бесконечно дорогой, так, что в реальности приходиться идти на компромиссы.
На защите электроизмерительных приборов остановимся подробнее в следующей статье.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине на люксметры по промокоду ZENPROFIT