13.6. Ввод амплитудных сигналов

Стандартами /21, 22/ даны рекомендации только по параметрам сигналов, вводимых в виде напряжений – от 0 до +10 В или от –10 до +10 В постоянного тока. При этом указано, что в схеме соответствующих модулей должна быть предусмотрена гальваническая развязка входов от других цепей СУ, а электрическая изоляция должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока в течение 1 мин. Входное сопротивление УЧПУ должно быть не менее 2 кОм. Источниками сигналов в виде напряжений обычно являются "датчики внутренней и внешней информации" /22/. Примеры таких источников студенты в состоянии привести самостоятельно. Линию связи «датчик-преобразователь» рекомендуется выполнять в виде экранированной витой пары. В случае измерения сигнала малой амплитуды или от высокоомного источника следует в непосредственной близости от датчика устанавливать усилитель. Методы измерения напряжений и токов, а также схемотехнику соответствующих узлов см. ниже.

13.7. Аналого-цифровые преобразователи

Как известно, АЦП используется для преобразования аналоговых величин, формируемых измерительной системой, в цифровой код для ввода в систему управления.

Обычно под АЦП понимают преобразователи «напряжение-код»⁷, при этом стандартом /22/ предусмотрены следующие рекомендации: входное напряжение должно находиться в пределах от 0 до плюс 10 В или от минус 10 В до плюс 10 В постоянного тока; входное сопротивление блока ввода не менее 2 кОм. Входы должны быть отделены гальванически от других цепей СПУ. Электрическая изоляция должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока в течение 1 мин.

Источниками для модулей ввода напряжений являются самые разнообразные датчики и задатчики, возможно снабженные усилителями.

Специфические решения требуются при измерении токов. Источником при этом зачастую служат датчики тока с низким уровнем выходного напряжения и нелинейной зависимостью «ток-напряжение». Это требует наличия усилителей со стандартным выходным сигналом и передаточной характеристикой, линеаризующей зависимость «ток-код».

В достаточно общем виде перечисление типов электронных АЦП выглядит так:

• Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор напряжений. Это узел или законченная микросхема, сравнивающая два сигнала – входной и некоторый пороговый – и выдающая логический уровень 0 или 1 (если проверяется только знак входного сигнала, то на второй вход подается 0 («земля») и компаратор называют нуль-органом). Самостоятельное использование компаратора возможно, например, в схемах контроля «brown-out».

• Параллельный АЦП, в котором входная величина сравнивается одновременно со всеми возможными значениями эталонного напряжения.

• Последовательный АЦП, в котором входная величина многократно сравнивается с эталонным напряжением, формируемым по определенному алгоритму в виде последователь­ности значений, уста­навливаемых через определенные промежутки времени.

• АЦП с двойным интегрированием, который работает по принципу преобразования измеряемого напряжения во временной интервал с последующим измерением этого интервала.

• Дельта-сигма АЦП, который можно рассматривать как синхронный преобразователь напряжения в частоту и следующий за ним счетчик.