Цифро-аналоговые преобразователи. Структурные схемы цап разных типов.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам:По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения; По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода ;По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные;По быстродействию: умеренного и высокого быстродействия.

Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1.

Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.

Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице.

Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 2, позволяет выполнить цифро-аналоговое преобразование за значительно меньшее число тактов. В этой схеме емкости конденсаторов С1 и С2 равны. Перед началом цикла преобразования конденсатор С2 разряжается ключом S4. Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с младшего разряда d0. Каждый такт преобразования состоит из двух полутактов. В первом полутакте конденсатор С1 заряжается до опорного напряжения Uоп при d0=1 посредством замыкания ключа S1 или разряжается до нуля при d0=0 путем замыкания ключа S2. Во втором полутакте при разомкнутых ключах S1, S2 иS4 замыкается ключ S3, что вызывает деление заряда пополам между С1 и С2. Пока на конденсаторе С2 сохраняется заряд, процедура заряда конденсатора С1 должна быть повторена для следующего разряда d1 входного слова. Точно также выполняется преобразование для остальных разрядов слова.

Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода за 2N квантов, что значительно меньше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь требуется только два согласованных конденсатора небольшой емкости. Конфигурация аналоговой части схемы не зависит от разрядности преобразуемого кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифро-аналоговым преобразователям, что ограничивает область его применения.

Звено	Уравнение звена	Переходная функция	Передаточная функция	Частотные характеристики
Апериоди-ческое
Звено
Апериоди-ческое

Дифференциальное уравнение, передаточная функция, график переходной функции и частотные характеристики апериодического звена.

Методы измерения плотности веществ.

Плотность – это отношение массы вещества к его объему.

,

где ρ – это плотность однородного вещества или средняя плотность неоднородного вещества;

m и V – масса и объем вещества.

Единица плотности в Международной системе СИ – это килограмм на кубический метр (кг/м ³). В качестве кратных и дольных единиц плотности используют:

мегаграмм на кубический метр (Мг/м³), килограмм на кубический дециметр (кг/дм³), грамм на кубический сантиметр (г/см³), грамм на кубический дециметр (г/дм³), грамм на литр (г/л) и грамм на миллилитр (г/мл). Единицы г/л и г/мл не применяют при точных измерениях.

Плотность жидкостей и твердых тел мало изменяется под действием внешнего давления.

Зависимость плотности от температуры при постоянном давлении выражается уравнением:

,

где ρ₁ и ρ₂ – соответственно плотность при температуре t₁ и t₂;

β – это средний коэффициент объемного теплового расширения в интервале от t₁ до t_2.

В промышленности наибольшее распространение получили:

1) механические плотномеры (поплавковые, весовые, гидростатические);

2) рефрактометрические и поляризационные;

3) кондуктометрические;

4) радиоизотопные и ультразвуковые.

В поплавковых плотномерах непрерывное автоматическое из­ме­рение плотности жидких и газообразных веществ основано на изменении массы поплавка в зависимости от плотности среды, в которой он на­ходится (закон Архимеда).

Поплавковые плотномеры бывают двух типов:

1. с плавающим поплавком (ареометры постоянной массы);

2. с полностью погруженным поплавком (ареометры постоянного объема).

В приборах первого типа измеряется глубина погружения поплавка, обратно пропорциональная плотности жидкости. В приборах второго типа глубина погружения поплавка остается постоянной и измеряется действующая на него выталкивающая сила, пропорциональная плотности среды.

Весовые или пикнометрические (гравитационные) плотномеры основаны на непрерывном взвешивании некоторого постоянного объема вещества. При постоянном объеме масса вещества пропорциональна его плотности, поэтому прибор градуируют в единицах плотности. Основное применение весовые плотномеры нашли для измерения средней плотности суспензий, вязких жидкостей и жидкостей, содержащих твердые вклю­чение. В жидкостных весовых плотномерах непрерывно измеряется вес U-образной трубки вместе с протекающей через нее жидкостью.

Вес трубки 1 с жидкостью передается на заслонку 2, перекрывающую сопло 5, и через усилитель 3 в виде унифицированного пневматического сигнала на вторичный прибор. С помощь сильфона 4 осуществляется отрицательная обратная связь и восстанавливается равновесие в системе, соответствующая измеряемой плотности жидкости. Установку настраи­вают таким образом, чтобы при отсутствии жидкости в трубке 1 показания вторичного прибора были равны нулю.

Гидростатические плотномеры основаны на том, что давление P в жидкости на глубине Н от поверхности определяется уравнением:

Р= ρ g H,

где ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

При неизменной высоте столба жидкости Н давление Р является мерой ее плотности.

Измерение давления столба жидкости производится различными ме­тодами. Наибольшее распространение получили мембранные, сильфонные и пьезометрические гидростатические плотномеры.