Кроме указанных на рис. 13.2 систем ТИ существуют также системы интенсивности, на которые были даны ссылки в ГОСТ. В системах интенсивности измеряемая величина после преобразования ее в ток или напряжение в дальнейшем, как указывалось на рис. 13.1, в сигнал не преобразуется. Преобразователь измеряемой величины в ток или напряжение включен непосредственно в линию, а на приемной стороне к этой же линии подключается прибор, измеряющий ток или напряжение.
Погрешность телеизмерения систем интенсивности вследствие измерения сопротивления линии связи в пределах 2—3%. Дальность передачи на воздушных линиях связи ввиду большого и непостоянного значения (в зависимости от метеорологических условий) проводимости изоляции (утечки) не превышает 10 км. При использовании кабельных линий связи, в которых утечка практически отсутствует, дальность передачи достигает 25 км.
Указанные недостатки сузили сферу применения этих устройств, И их производство прекращается.
Кодоимпульсные (цифровые) системы
В кодоимпульсных системах (КИС) измеряемая величина передается в виде определенной комбинации импульсов (кода). Предварительно она квантуется по уровню и по времени. Далее осуществляется кодоимпульс-ная модуляция (КИМ).
Кодоимпульсные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими системами телеизмерения. Главными из них являются:
1) большая помехоустойчивость и, как следствие этого, возможность передачи телеизмерения на большие расстояния, особенно при ис- , пользовании помехозащищенных кодов;
2) большая точность телеизмерения. Погрешность в кодоимпульсных системах возникает при преобразовании измеряемой величины в код. Точность преобразователей, преобразующих измеряемые величины в код, может быть меньше 0,1 %,т. е. выше точности преобразователей других телеизмерительных систем, которая лежит в пределах 0,5—1,5 %;
3) лучшее использование канала связи в случае применения специальных кодов, статистически согласованных с передаваемыми сообщениями;
4) получение информации в цифровой форме, что позволяет:
а) без сложных преобразований вводить информацию в цифровые вычислительные машины и устройства обработки данных;
б) осуществлять цифровую индикацию показаний, обеспечивающую меньшую погрешность при считывании и простоту цифровой регистрации данных.
Однако кодоимпульсные системы значительно сложнее других устройств ТИ. Поэтому их целесообразно использовать только в многоканальном исполнении.
Преобразование измеряемой величины в код
Преобразование непрерывной аналоговой величины в цифровой эквивалент — код — осуществляется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Как и в предыдущих импульсных устройствах ТИ, измеряемая величина может быть представлена в виде механического перемещения (углового или линейного) либо в виде электрической величины.
Преобразование перемещений в код. В основу преобразователей этого типа [5] положены два метода: метод пространственного кодирования и метод последовательного счета. При методе пространственного кодирования кодирующее устройство представляет собой маску, воспроизводящую требуемый код. Маска перемещается вместе с контролируемым объектом относительно считывающего устройства вращательно или поступательно. Выполнение маски и процесс считывания с нее показаний были рассмотрены в гл. 3. При методе последовательного счета подсчитывается число элементарных линейных перемещений, которое затем представляется в виде кода. Схема преобразователя перемещения в коде различением знака в зависимости от направления перемещения представлена на рис. 13.10. Два источника света падают на фотоэлементы Л и 5 (рис. 13.10, а). Контролируемый механизм в виде линейки с темными и светлыми участками, пропускающими свет, может передвигаться влево и вправо.
Преобразование электрических величин в код. Преобразование с промежуточным. параметром [5]. В этих устройствах измеряемая электрическая величина (обычно напряжение, хотя могут преобразовываться также ток и сопротивление) преобразуется во вспомогательный параметр (временной интервал, частоту или фазу), преобразуемый, в свою очередь, в число импульсов, которое далее кодируется. Кодирование происходит по следующим схемам.
Напряжение — временной интервал — число—код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.11, а. Для преобразования измеряемой величины Ux сначала в длительность импульса (временной интервал) может быть использован любой из рассмотренных время-импульсных преобразователей (ВИП). Элемент И открывается на время длительности импульса, снимаемого с ВИП. За это время с генератора стабильной частоты ГИ пройдет на счетчик тем больше импульсов, чем больше длительность импульса с ВИП. Сосчитанное число импульсов в виде двоичного кода снимается с выхода счетчика СГ2.
Точность преобразования зависит от совпадения фронтов импульса с ВИП длительностью Т с импульсами, поступающими от ГИ. На рис. 13.11,6 показано, что передний фронт импульса Т совпал с передним фронтом импульсов с ГИ. На счетчик с Г И прошло пять импульсов. Однако если импульс Г поступает на элемент И, как показано на рис. 13.11, в, то на счетчик с ГИ поступят только четыре импульса вместо пяти, т. е. возникнет отрицательная погрешность.
Совпадение передних фронтов импульсов Гит можно синхронизировать, но сделать так, чтобы длительность Т всегда была равна определенному числу периодов <, невозможно. Поэтому ошибка преобразования, обусловленная округлением измеряемой аналоговой величины, будет всегда. Ее можно уменьшить, увеличив частоту следования импульсов с ГИ.
В этом преобразователе возникают также дополнительные ошибки за счет нестабильности ГИ и ВИП и нелинейности характеристик преобразования ВИП. Последняя ошибка наиболее существенная; ее значение лежит в пределах погрешности преобразования.
Напряжение —фаза — временной интервал—число — код. Кодирование по данной схеме представлено на рис. 13.12, а. Измеряемое напряжение поступает на фазосдвигающее устройство ФСУ, питаемое от источника переменного тока с частотой /. В зависимости от значе- • ния Ua изменяется фазовый угол между напряжениями е\ и еч на выходе ФСУ. Этот угол соответствует временному интервалу t=^/(2nf) измерителя фазового угла ИФ (рис. 13.12,6). Последний представляет собой /?5-триг-гер с инверсными входами, меняющий
состояние 0 на 1 в момент перехода напряжения е\ через нуль и 1 на 0 при переходе через нуль напряжения еч, как показано на рис. 13.12, б. Таким образом, на выходе возникает импульс длительностью /, который затем подается на ключ, и дальше все происходит, как и в предыдущем преобразователе (см. рис. 13.11).
К погрешностям, имеющимся в схеме рис. 13.11, в преобразователе по схеме рис. 13.12 добавляется погрешность от нестабильности характеристики фазосдвигающего устройства и точности измерителяфазового угла, фиксирующего момент прохождения напряжения через нуль.
Рис. 13.12. Преобразователь измеряемого напряжения в код с промежуточным преобразованием входной величины в фазу переменного напряжения:
а — функциональная схема; б — временные диаграммы
Напряжение — частота — число — код. Кодирование по такой схеме показано на рис. 13.13. Измеряемая величина и, в частотно-импульсном преобразователе ЧИП, представляющем собой генератор импульсов, модулируемых по частоте, преобразуется в последовательность импульсов с частотой f=p(u). Хронизирующее устройство Т на ранее заданный интервал времени t открывает элемент И, и импульсы с ЧИП поступают на счетчик СТ2. Больше или меньше пройдет импульсов на счетчик, зависит от их частоты. Погрешность преобразования зависит от нестабильности и нелинейности характеристики f=j(u) частотно-импульсного преобразователя.
Непосредственное преобразование напряжения в код. В этих преобразователях образуемый в кодирующем устройстве код преобразуется в напряжение, которое сравнивается с измеряемым напряжением. При равенстве напряжений образование кода прекращается и он подается на выход.
Преобразователь последовательного счета (рис. 13.14). Перед началом работы счетчик СТ2 сбрасывается на нуль (рис. 13.14, а). Показания счетчика преобразуются с помощью цифро-аналого-вого преобразователя ЦАП в напряжение, поступающее на схему сравнения СС. В начале преобразования, пока напряжение щ: с ЦАП меньше преобразуемого напряжения Чх, элемент Ио открыт и счетчик считает импульсы с генератора импульсов ГИ. Когда м»>й.с, схема сравнения СС закрывает элемент Ио и подает сигнал на элементы И\—Ип для считывания двоичного кода со счетчика. Количество импульсов, поступивших на счетчик, пропорционально преобразуемому напряжению Ux.
На рис. 13.14,6 показано, как от каждого импульса, поступающего с ГИ, увеличивается преобразованное в ЦАП (этот преобразователь будет рассмотрен позже) напряжение:
Uk=UoN (13.5)
Чем больше число импульсов в данном интервале счетчика, тем меньше значение xUo=Uk-Ux (рис. 13.14, б). Нестабильность частоты генератора импульсов не влияет на точность преобразования напряжения в код.
Преобразователь по методу поразрядного кодирования (взвешивания). Он имеет более широкое применение
Рис. 13.14. Компенсационный кодирующий Преобразователь последовательного счета:
б — временная диаграмма
Рис. 13.15. Преобразователь по методу поразрядного кодирования:
а—функциональная схема; б—пример преобразования измеряемой величины в код;
в — код, снимаемый с триггеров
вследствие большей по сравнению с другими преобразователями точности и высокого быстродействия.
В состав преобразователя, функциональная схема которого представлена на рис. 13.15а, входят следующие узлы: распределитель, преобразователь кода в напряжение ЦАП (он состоит из цифрового регистра на триггерах T1-T5, ключей K1—K5, декодирующей сети сопротивлений и источника эталонного напряжения) и компаратор Кр, предназначенный для сравнения двух напряжений (входного сигнала их и сигнала Еэт с выхода ЦАП) и выработки выходного сигнала управления.
