Р исунок 6.4- До пояснення принципу дії пристрою зчитування фіксуючого приладу серії фіп

В даний час промисловість випускає фіксуючі прилади серії ФІП. Прототипом для них послужив прилад типу ФІВО-65. Прилади серії ФІП володіють рядом переваг у порівнянні з іншими ФП із запам'ятовуючими конденсаторами. Ці переваги забезпечуються принципом дії АС1, що пояснюється схемою на рис. 6.4.

В склад АС1 входять два основних елементи: конденсатор, що зчитує С2 і комплектне реле керування зчитуванням КС1. Відтворюючим приладом служить лічильник імпульсів ВС1.

В вихідному стані (перед початком зчитування) лічильник що зчитує стоїть на нулі, конденсатор розряджений, реле КС1 не порушено, контакт КQ1.2 розімкнутий, конденсатор ,що запам'ятовує ,заряджений до напруги U_ф=К_фАф.

Зчитування починається після повернення пускового реле і замикання контакту КQ1.2. При цьому до зарядженого С1 приєднується незаряджений C2 і напруга на обох конденсаторах встановлюється рівною

U₁=U_cC₁/(C₁+C₂)=U_c/(1+m),

де m=C₂/C₁.

Ємність конденсатора , що зчитує , набагато менша ємності C1 (m<<l)

U₁≈U_c(1­m).

Струм заряду С2 проходить по КС1. Під впливом цього струму КС1 спрацьовує. При цьому з деякою витримкою часу t₁, контакти КС1 переключаються, залишаються в переключеному стані протягом часу t₂, а потім КС1 повертається в початкове положення. Час t₁ обраний достатнім для закінчення процесу заряду C₂ від C1.

В перебігу часу t₂, поки контакт КС1.1 розімкнутий, КС1.2 і КС1.3 замкнуті, С2 розряджається до нуля (через КС12), а на ВС1 надходить перший електричний імпульс, що і фіксується лічильником.

Після повернення КС1 розряджений конденсатор С2 знову приєднується до С1 (контактом КС1.1) і знову заряджається від нього. Тепер напруга на обох конденсаторах знижується до U₂=U₁/(1+m)≈U_c/(1+m)²,

КС1 знову спрацьовує, С2 знову розряджається до нуля, а ВС1 фіксує другий імпульс.

Потім усе повторюється. При цьому контакт КС1.3 створить електричні імпульси, що фіксуються ВC1. Тривалість кожного імпульсу дорівнює t₂ Частота проходження імпульсів f_імп= 1/(t₁+t₂).

Напруга на С1 знижується по східчастій характеристиці. Після того, як напруга на С1 знижується до такого значення Ue, при якому струм заряду С2 недостатній для приведення в дію КС1, процес зчитування закінчується і на лічильнику виявляється зафіксованим N імпульсів.

Число імпульсів N зв'язано з А_ф рівністю

U_e=U_c/(1+m)^N

Звідки

ln(U_c/U_e,) =N ln (1+m).

Ємність конденсатора, що зчитує, значно менша С1 (m<<1). Тому з достатньої для практики точністю можна приймати:

Іn(1+m)=m =C₂/C₁.

При цьому

N=(C₁/C₂)In(A_ф/b) ,

де b=U_e/k_ф постійний коефіцієнт, чисельно дорівнює нижній межі виміру приладу, приведеній до первинної сторони. Він залежить від конструктивних даних приладу, від схеми його включення і параметрів первинного вимірювального перетворювача чи струму напруги і фільтра симетричних складових. Число імпульсів N однозначно зв'язане з A_ф, і за показниками лічильника можна визначити значення A_ф.

До числа основних переваг приладів серії ФІП відносяться наступні: не обов'язкове споживання від мережі змінного струму промислової частоти, зміна вхідного опору AC1практично не викликає появи похибки; зміна ємності запам'ятовуючого конденсатора, зв'язана зі зміною температури і з старінням, менш впливає на похибку приладу, чим в інших приладів. У даному випадку покази приладу залежать не від ємності С₁, а від відношення ємностей C₁/C₂. Якщо запам'ятовуючий і зчитувальний конденсатори однотипні, то відношення їх ємностей більш стабільна, ніж окремо узята ємність C₁ чи C₂.

Але в приладів серії ФІП , як і в ряді інших фіксуючих приладів із запам'ятовуючим конденсатором, немає прямої пропорційності між N і A_ф. Тому якщо використовується цифровий лічильник імпульсів звичайного типу, у якого показання пропорційне N, то його не можна проградуювати безпосередньо в значеннях A_ф і для визначення Aф приходиться користуватися градуювальною характеристикою, що зображує залежність A_ф від N.

У лінійних координатах градуювальна характеристика нелінійна. Переважно не будують у напівлогарифмічних координатах: по лінійній осі відкладають значення N, а по логарифмічній осі значення A_ф. При цьому градуювальна характеристика виходить прямолінійною. Початкова точка характеристики на осі A_ф відтинає відрізок, чисельно рівний b, а її нахил пропорційний 1/m. У МЕІ розроблений антилогарифмуючий лічильник імпульсів, .у який показипрямо пропорційні антилогарифму N, тобто A_ф. Прилад серії ФІП з таким лічильником представляється можливим проградуювати безпосередньо в значеннях A_ф (див, § 6.3).

Особливістю ФІП є аналого-дискретне перетворення безперервної напруги пропорційної вимірюваній величині A_ф у число імпульсів N. Оскільки лічильник фіксує тільки цілі числа імпульсів, то прилад показує дискретну величину-число імпульсів N.

У процесі аналого-дискретного перетворення відбувається квантування за рівнем: числу N відповідає кінцевий діапазон значень A_ф. Зміна числа N на одиницю відбувається при зміні A_ф на кінцеве значення ΔкAф, де Δк - відносна ступінь квантування.

При квантуванні виникає похибка, вона випадкова, її абсолютне значення лежить у межах 0,5ΔкА_ф. Звичайно похибка квантування характеризується її максимальним значенням, що входить до складу загальної максимальної похибки приладу. При цьому відносна похибка квантування складає

γ_Δ=0,5Δк.

Ступінь квантування можна визначити з наступних рівнянь:

N=In(A_ф/b)C₁/C₂;

N+1=In[A_ф(1+Δk)/b]C₁/C₂ ,

звідки

1=Іn(1+Δк)С₁/C₂

чи

Δ_ĸ≈C₂/C₁ (при Δ_к<< l) .

Таким чином, у приладу серії ФІП абсолютна ступінь квантування росте пропорційно А_ф, а відносна похибка залишається постійною і залежить тільки від співвідношення С₂/С₁= m. Чим менше m, тим менше і γ_Δ. Звичайно С₁/С₂=20; при цьому Δ_к=0,05, γ_Δ = ± 2,5%.

Щоб зменшити γ_Δ, досить зменшити відношення C₂/C₁.

Прилади, що випускаються промисловістю, мають кратність шкали K_ш=50. Це значить, що в них верхня межа виміру Τ_ф=50b.

Нижній межі виміру, тобто b, відповідає N=0, верхній межі виміру - число імпульсів N_max=20 ln50≈78.

Завдяки логарифмічному зв'язку між А_ф і N при настільки значній кратності шкали і порівняно невеликої відносної похибки квантування для приладу серії ФІП цілком придатний лічильник імпульсів із двома десятковими розрядами в шкали, а для передачі сигналу по каналі зв'язку з пропускною здатністю 40 імп/с потрібно не більш 2 с.

У принципі можна побудувати фіксуючий прилад, у якого N прямо пропорційне A_ф, тобто.

N=K_пΑ_ф

де Κ_п-постійний коефіцієнт пропорційності.

Перевага такого приладу в тому, що його легко безпосередньо проградуювати у значеннях Α_ф, однак такому приладу належать й істотні недоліки.

У даному випадку абсолютна ступінь квантування постійна і дорівнює:

Δ_ΚΑ_ф=

Відносні ступені квантування і похибка квантування у даному випадку зворотньо пропорційні А_фγ_Δ=100·0,5/(K_п А_ф). Найбільша відносна похибка квантування появляється на нижній межі робочого діапазону, коли А_ф=b.

Тому, щоб γ_Δ не перевищувала 2,5 %, необхідно вибрати K_п за умовою 2,5=100·0,5/(K_пb), чи

Кп=20/b

При цій нижній межі виміру відповідає не нуль імпульсів, a

Ν_min=20.

При кратності шкали Κш= 50 верхній межі вимірювання відповідає число імпульсів у сигналі N_max=K_ш Ν_mіn1000.Це майже в 15 разів більше, ніж у ФІП.

Для такого приладу потрібно більш складний лічильник, а значно подовжується час передачі сигналу. При пропускній здатності каналу зв'язку 40 імп/с сигнал, що відповідає верхній межі виміру, буде передаватися не 2, а 25 с.

У приладі серії ФІП реалізується принцип "стиску інформації", що забезпечує можливість прискорити передачу інформації з каналу зв'язку із заданою пропускною здатністю. У приладів, що випускаються промисловістю, це викликало необхідність користатися градуювальною характеристикою, що є, звичайно, недоліком приладів ФІП. Але, як уже відзначалося, цей недолік можна усунути, застосовуючи лічильник імпульсів, що антилогарифмує.