автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Измерительные генераторы заданной электрической мощности

АЗЭРБА^АН ЕЛМЛЭР АКАДЕМШАСЫ АКАДЕМИК Э.И.ЬУСЕ.ШС)В ад. КИБЕРНЕТИКА ИНСТИТУТУ

Злjaзмacы Ьугугунда УДК 534.232.082.75; 621.315.434

МЭММЭДОВ ЭЛИХАН ЬЕ.1ДЭР оглу

ЕЛЕКТРОАКУСТИК ГУРГУЛАРЫН ШЕЗОЕЛЕКТРИК ЧЕВРИЧИЛЭРИ

ИХТИСАС: 05.13.05 - Ьесаблама техникасы вэ идарэ

системлэринин елементлэри вэ гургулары

/

техника елмлэри намизеди алимлик дарэчаси алмаг учун тэгдим олунмуш диссертаси]анын

АВТОРЕФЕРАТЫ

Бакы - 1997

На правах рукописи

С* ^

ЗЕЛЕНОВ Сергей Андреевич

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ЗАДАННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ

Специальность 05.13.05 — элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па сопскаппе ученой степепп кандидата технических паук

УФА 1997

Работа выполнена на кафедре "Информационно - измерительная техника" Уфимского государственного авиационного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Республики Башкортостан

В. Г. Гусев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.И. Заико

кандитат технических наук, доцент Н.А. Ишинбаев

Ведущее предприятие - Уфимское научно - техническое производственное объединение "Молния"

Защита состоится'

а-. 1997 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д-0.63.17.02 в Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу 450000, г. Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан

1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

Г.Н. Утляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При построении систем управления и создании измерительных устройств различного назначения требуется высокая точность и воспроизводимость получения измерительной информации. Однако, во многих случаях не удается организовать измерительные операции так, чтобы объект измерений и техническое устройство, с помощью которого получают измерительные сигналы, не взаимодействовали друг с другом. Так, например, при измерении электрического сопротивления или проводимости в объект, параметры которого оцениваются, обычно всегда вносится внешняя электрическая энергия. Однако, количество этой энергии, специально не оценивается, что вполне приемлемо для большинства существующих технических систем и уоройста.

Но в ряде случаев такой подход не козголяет получить достоверные результаты. Так, при построении датчиков, основанных на использовании тегоюзависимых элементов, устройств, предназначенных для измерения параметров электрохимических ячеек и биологических объектов, характеризуемых эквивалентной схемой многоэле-мешиого двухполюсника с теплозаеисимьгмн элементами наблюдается невысокая достоверность и плохая воспроизводимость получаемых измерительных сигналов.

Применение измерительных цепей, работающих в режиме заданного напряжения или тока, когда в объект измерений вводится электрическая энергия в форме неизменного по величине электрического тока или неизменного значения приложенного к нему электрического напряжение существенно не улучшает качество результатов измерения. Так, при неопределенности значения электрической энергии, рассеиваемой в теллозависнмом объекте, каждый результат, полученный при проведении измерительной операция, будет характеризовать не только свойства самого объекта, но и его термодинамическое состояние. Термодинамическое состояние исследуемого объекта имеет важное значение при измерениях в ботанике, биологии, медицине, электрохимии. Так, до сегодняшнего дня оставляют желать лучшего результаты, полученные при измерениях электрических параметров локальных зон кожного покрова. Несмотря на многочисленные ухищрения, использование усложненных схем и методов преобразования, пока не удалось получить желаемые метрологические характеристики. Эта же вопросы возникают при создания технологического оборудования, например, для электроэрозионной обработки, гальванопластики и др., в которых для улучшения стабильности технологического процесса также желательно иметь источники электрической энергии, мощность, отдаваемая которыми, не зависит от технологических факторов. В медицинских установках, предназначенных для

проведения электротерапии, в той числе и электрофореза, также желательно приме нягь источники заданной электрической мощности. Их использование позволяет к» бежал» изменений электрических режимов, обусловленных отклонениями от исход ного значения параметров объекта биологической природа.

Для совершенствования технических средств получения измерительной информации об объектах, параметры которых существенно зависят от их термодинамического состояния, на кафедре информационно-измерительной техники Уфимского государственного авиационного технического университета предложено применять измерительные цепи, обеспечивающие неизменное значение электрической мощности, рассеиваемой в объекте измерений. Поскольку невозможно избежать взаимодействия объекта и измерительного устройства, дан получения достоверных в однозначных результатов измерения, необходимо, чтобы "уровень" воздействия измерительного преобразователя на объект измерения был одинаковым и не зависел от электрических параметров объекта, т.е. использовался режим постоянного внешнего электрического возмущения. В случае, когда метрическое сопротивление (импеданс, проводимость) объекта зависит как от приложенного метрического напряжения так и от протекающего через него тока, то его электрическое сопротивление целесообразно измерять в режиме неизменного произведения алепрического тока и напряжения (реакны заданной мощности). Для реализации этого придло-ганин необходимо, чшбы цепь по отношению к объекту измерения обладала свойствами генератора заданной элепрической мощности.

Устройства а измерительные цепи, в которых бы обеспечивалась неизменность мощности, рассеиваемой в объекте измерения, исследованы совершенно недостаточно. За исключением нескольких работ из области СВЧ упоминания о них в доступной азтсру литературе не обнаружено. Поэтому актуальной является задача создания измерительных цепей и устройств, способных работать в режиме заданной (фиксированной) мощности, рассеиваемой в нагрузке, названных нами измерительными генераторами заданной мощности (ИГЗМ). Решение этой важной научно-технической задачи позволит создать измерительные преобразователи, функциональные узлы электроники, приборы и устройства, которые обеспечат существенно лучшую достоверность и воспроизводимость информации о параметрах и состоянии теплозависимых объектов, а также будут получены лучшие потребительские свойства у технологического оборудования.

Целью настоящей диссертационной работы являются исследование способов построения электронных ИГЗМ, разработка основных струпур, выявление технических возможностей отдельных решений, выработка рекомендаций по их проектиро-

ванию и создание экспериментальных образцов генераторов.

Данная работа посвящена решению следующих основных задач:

1. Выявлению способов в технических приемов, которые могут бьгть использованы при проектировании ИГЗМ, областей применения ИГЗМ, выявлению технических требований, предъявляемых к ним.

2. Разработке принципов построения ИГЗМ.

3. Разработке структурных и принципиальных схем ИГЗМ.

4. Разработке математических моделей ИГЗМ.

5. Исследованию основных характеристик ИГЗМ и оценке технических возможностей отдельных решений.

6. Разработке рекомендаций по инженерному проектированию ИГЗМ.

7. Экспериментальным исследованиям разработанных ИГЗМ.

< Научная новизна исследований, проведенных в работе, заключается в следующем:

- впервые поставлена и решена задача создания и исследованы ИГЗМ, предназначенные дня работы в составе измерительных цепей малой мощности;

- разработаны математические модели аналоговых и цифровых генераторов заданной мощности и исследованы их основные характеристики;

- исследовано влияние погрешности преобразования различных функциональных узлов на характеристику преобразования прибора в целом;

- оценены технические возможности некоторых структур ИГЗМ;

- разработаны рекомендации по рациональному проектированию ИГЗМ.

Практическая ценность работы.

Разработаны схемы цифрового и аналогового ИГЗМ, которые могут быть использованы при измерении параметров теплозависнмых компонентов, многоэлементных двухполюсников, создании датчиков физических величин а также при измерениях в биологии и медицине.

Разработана схема цифрового генератора мощности для работы в составе информационно-измерительных систем (ИИС) с микропроцессорным управлением.

На основе проведенных исследований разработан аналоговый ИГЗМ, в наибольшей степени удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к генераторам мощности.

Предложена методика инженерного проектирования ИГЗМ. Применение данной методики не требует разработки специального программного обеспечения, она может быть выполнена с применением широко известных программных продуктов.

Использование результатов. Материалы и результаты диссертационной работы использованы в Уфимском государственном авиационном техническом университете при создании ИИС для многорежимных медицинских измерений.

На защиту выносятся:

— принципы построения генераторов заданной электрической мощности;

— структуры и схемы аналоговых и цифровых ИГЗМ;

— математические модели генераторов заданной мощности;

— результаты исследования характеристик ИГЗМ, полученных с помощью этих моделей;

— методы инженерного проектирования приборов данного типа.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и представлялись на

Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и .информатика" (Москва, 1995), Всероссийской молодежной научно-технической конференции (Уфа, 1996).

По материалам диссертации опубликовано б работ, из которых11 статья и 5 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации.' Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 157 страницах машинописного текста, 38 листов иллюстраций, списка испаяьзовааноЁ ¿1ятсратуры из 75 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные цели и задачи, решаемые в диссертационной работе.

В первой главе сфсрмулировааы сспогпые требования, предъявляемые к ИГЗМ. Показано, что основными функциональными узлами генератора мощности являются задатчик мощности и измерительный преобразователь мощности (ИПМ). Дал обзор известных способов и методов создания генераторов электрических сигналов - задат-чиков мощности и ИПМ, когорте целесообразно использовать при проектировании генераторов заданной мощности. Произведен анализ требований, предъявляемых к ним. Проанализированы их преимущества и недостатки.

Предложены способы и технические приемы, которые могут оказаться полезными при проектировании приборов данного типа. Предложены классификации ИГЗМ по типу используемого генератора электрических сигналов и ИПМ, по типу и виду структурной схемы. Показано, что при проведении измерений электрических параметров теплозависимых объектов, многоэлементных двухполюсников и техно-

' - 5

логических процессов (электрохимия и др.) целесообразно использовать измерительные цепи, обеспечивающие неизменное значение мощности, рассеиваемой в объекте измерения.

В результате изучения доступной автору патентной и научно - технической литературы выявлено, что работа в данном направлении у нас в стране и за рубежом не проводилась. В то же время имеются исследования, проводимые в области СВЧ по автоматической стабилизации выходной мощности (АСМ) генератора СВЧ. Системы АСМ СВЧ позволяют поддерживать постоянную мощность генератора СВЧ в независимости от действия внешних дестабилизирующих факторов. Однако, задачи, решаемые в области СВЧ и данной работе, носят различный характер, а методы, применяемые в области СВЧ, непригодны или нерациональны при работе с низкочастотными сигналами из-за качественного различия низкочастотного и высокочастотного сигналов. Предлагается использовать обобщенную структурную схему АСМ СВЧ генератора в качестве базисной при проектировании ИГЗМ и разработать методы, обеспечивающие получение неизменной мощности, рассеиваемой в нагрузке, в области низких частот.

Выделены две группы генераторов, которые могут быть разработаны: генераторы с заданной мгновенной и средней мощностью.

Установлено, что получение постоянного значения мгновенной электрической мощности возможно при использовании быстродействующих аналоговых перемножителей/делителей электрических сигналов и при применении структур с конверторами отрицательного сопротивления или проводимости (табл. 1, рис. 1,2) и отрицательной обратной связью (табл. 1, рис. 3,4). Предложена схема аналогового ИГЗМ, в котором операции измерения и внесения сигнала коррекции разделены во времени __ (табл. 1, рис. 5).

Вторая глава посвящена разработке математических моделей аналоговых генераторов заданной мощности, исследованию характеристики преобразования, влияния дестабилизирующих факторов на характеристику преобразования и технических возможностей генератора. Показано, что в зависимости от того, к какому типу относится ИГЗМ - к приборам с постоянной заданной мгновенной или средней мощностью, для него должно выполняться следующее условие:

pH=uH(t)i,(i)=const (1)

или

Таблица 1

Структурные схемы аналоговых измерительных генераторов заданной мощвости

на основе конвертора

сопротивлении

проводимостей

X

ЯП

т

ип

ж

рис. 1

рис. 2

с применением отрицательной обратной связи

с управляемым источником патур^кств^

с управляемым источником тока

ЗУ

э тин

БАК

СУ 6-

л:_£

ипм

и*

ЗУ

* "УИТ

БАК

СУ

ш

рис. 3

рнс. 4

с разделением операций измерения и внесения сигнала коррекции во времени

ЗУ

Ключ 1 УИЭЭ

ш

БАК

—*—

СУ

Кш»2

рис. 3

с делителем напряжений на основе А111:

с управляемым источником напряжения

с управляемым источником тока

^ Д.

Ш

г А

1 ¿_

Щф&ч

[цш

I УИТ

г 1

рис. б

рис. 7

/

о

о

соответственно. Рассмотрены возможные структурные схемы генераторов. Из них выделены струггурные схемы аналоговых ИГЗМ с делителями напряжения, выполненными на основе аналогового перемножителя сигналов (АПСХ приведенные в табл. 1, рис. б, 7. Приводятся результаты исследования влияния характеристик преобразования отдельных функциональных узлов ИГЗМ на характеристику преобразования генератора в целом. Проведен анализ полученной характеристики преобразования ИГЗМ. Предложены способы снижения погрешности характеристики преобразования разработанного аналогового ИГЗМ.

В табл.1 приведены структурные схемы аналоговых генераторов заданной мощности с управляемым источником напряжения (рис. 6) и управляемым источником тока (рис. 7).

При разработке математических моделей были приняты следующие допущения:

- коэффициент усиления ОУ не оказывает влияние на характеристику преобразования аналогового делителя напряжения типа "инвертированный" умножитель;

- входное сопротивление ОУ достаточно ватико.

В структурной схеме (табл. 1, рис. 6), применен управляемый источник напряжения (УИН) 2, который управляется сигналом делительного устройства (ДУ) 1, осуществляющего деление друг па друга двух напряжений. На один из его входов подается напряжение 1/& пропорциональное значению мощности Р^ которую требуется получить от генератора. В измерительном преобразователе ток-напряжение (ПТН) 3 ток нагрузки /„ преобразуется в напряжение ¡У* подаваемое па вход ДУ 1. В схеме (табл. 1, рис. 7) используется управляемый источник тока (УИТ) 2, а в измерительном преобразователе 3, осуществляется преобразование напряжения в нагрузке. Функциональные блоки структурной схемы, представленной в табл. 1 на рнс. 6 (рис. 7), характеризуются следующими уравнениями:

(3)

(4)

и, =К}1, (и, =К\и„),

(5)

где и о - напряжение на выходе задатчика мощности; II/- напряжение на выходе го-мерительного преобразователя; напряжение на входе ДУ; 11/1^ - напряжение на нагрузке (ток, протекающий в нагрузке); К^Къ? К '¡)Хз (К'з)- коэффициенты передачи блоков 1-3.

Идеализированная модель генератора заданной электрической мощности получена в виде:

(6)

Из уравнения (б) видно, что в приведенных структурах мощность, рассеиваемая в сопротивлении нагрузки Я^, не зависит от ее величины и определяется значениями коэффициентов преобразования Къ К2, Кз <Ки К'2,К'3) и напряжением С/а. с помощью которого задается выходная мощность. Действительно, в обоих случаях «¿Р„/«й, = 0, что свидетельствует о том, что выходная мощность не зависит от сопротивления нагрузки. От стабильности н линейности характеристик преобразования каждого блока зависит точность получения заданного значения мощности, рассеиваемой в разных сопротивлениях нагрузки.

Из-за неидеальности функциональных узлоа, входящих в состав ИГЗМ, реальная математическая модель отличается от идеализированной. Разработана математическая модель, в которой учтены параметры реальных функциональных узлов, входящих в состав аналоговых ИГЗМ с ДУ на основе АПС (7):

Р = К2

где Ки К2, К3 - масштабные коэффициенты преобразователей; 110 - напряжение на выходе задатчика мощности; АИ0 - напряжение ошибки на выходе задатчика мощности; [/и«, Паи, и- напряжения смещения на входах и выходе ДУ; и( - напряжение ошибки на выходе измерительного преобразователя; №(Х), Ы(2/Х) - нелинейности по входам ДУ.

Из полученного уравнения следует, что мощность на выходе реального ИГЗМ зависит от тока нагрузки 1т что обусловлено внутренней нелинейностью АПС. Для снижения погрешности характеристики преобразования ИГЗМ, как видно из уравнения (7), требуется снизить или исключить нелинейные составляющие погрешности

ИГЗМ. Компенсация напряжения ошибок на выходе преобразователей также позволяет снизить погрешность характеристики преобразования ИГЗМ, однако, это малоэффективно.

С использованием данной математической модели были исследованы технические возможности аналоговых генераторов, получены количественные оценки влияния на характеристику преобразования генераторов параметров функциональных узлов, входящих в состав ИГЗМ. Исследованы пути уменьшения погрешности преобразования генераторов мощности. Даны рекомендации по снижению нелинейной составляющей погрешности преобразования.

Найдено, что погрешность характеристики преобразования генератора мощности составляет ±10% при (Лг=1В, /«=1-5 мА; ±1% при ¿/¡рШ, /,=2,6-3,3 мА; ±1% при £/»=0,1 В, I, <1,5 мА. Поверхность ошибок ИГЗМ и ее проекция на плоскость приведены на рис. 1.

Рис. 1. Поверхность ошибок ИГЗМ и ее проекция на плоскость

Для уменьшения погрешности характеристики преобразования ИГЗМ рекомендуется разбивать диапазон измерений на поддиапазоны, либо использовать нормирующий усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Выходное сопротивление источника сигнала на входе ДУ не должно превышать значения 25 -30 Ом. Для исключения влияния составляющей погрешности, обусловленной зависимостью выходного сигнала ДУ от изменения питающего напряжения, питание ИГЗМ должно осуществляться от источника напряжения ±15В±0,1%.

О 1234^6739 10

НИфхэсгдае С^ В

Показано, что погрешность характеристики преобразования ИГЗМ может быть снижена за счет исключения нелинейной составляющей погрешности, для чего необходимо выполнение условия К]=М1!</1т где N характеризует отношение нелинейно-стей по входам делительного устройства. Поверхность множества значений К3 и их проекция на плоскость показаны на рис. 2.

Установлено, что снижение динамического диапазона входных сигналов в 100 раз, позволяет снизить погрешность характеристики преобразования до 1% в полосе частот 0 -1 кГц.

Динамический диапазон генератора мощности ограничен вследствие конечного значения выходного тктряжяния УИН и конечного значения тока УИТ- Поэтому определенное значение электрической мощности можно получить только в том случае, если сопротивление нагрузки меняется в пределах от Максимальное значение сопротивления нагрузки Я, н, ограничено максимальным значением напряжения на выходе УИН или УИТ (Я, «ю/Р«). & также максимальной чувствительностью первичного преобразователя. Минимальное значение сопротивления нагрузки Я, вш определяется заданной точностью преобразования н конечным значением ТОКа УИН ИЛИ УИТ(Д, ^Р/?, тахУ

В третьей главе рассматриваются цифровые генераторы электрической мощности. Они обладают рядом преимуществ перед аналоговыми: высокой точностью и

Напряжение % В

Ряс. 2. Поверхность значений коэффициента Кз нря различных значениях

напряжения 110 и тока нагрузки 1т при которых исключается нелинейная составляющая погрешности ИГЗМ, и ее проекция на плоскость

скоростью цифровых преобразований, возможностью программного управления и работы в составе микропроцессорных систем (ИИС, ЛИС), гибкостью конфигурация.

. К недостаткам таких генераторов следует отнести необходимость введения дополнительных аналога - цифрового и цифре - аналогового преобразований. Организация операций умножения/деления в цифровом виде требует значительных аппаратных средств. В случае программной реализации операций точного умножения и деления требуются максимальные затраты времени. Предложены варианты структурных схем цифровых генераторов. Разработаны математические модели генераторов. Оцениваются их метрологические характеристики и возможности. Рассмотрены структурные схемы генераторов (табл. 2, рис. 1,2% в которых операция деления осуществляется ЦАП. Данные структуры подобны структурам аналоговых генераторов, но требуют введения дополнительного функционального узла, осуществляющего аналого-цифровое преобразование. Кавдая из структурных схем (табл.2, рис. 1,2) может быть охарактеризована уравнениями, аналогичными уравнениям (3) - (5).

Математическая модель генераторов с данной структурой описывается уравнением:

(8)

где А';-К] - коэффициенты передачи блоков 1-3; Ца^ - максимальное входное напряжение АЦП; N - код, пропорциональный току (Лу, протекающему через нагрузку, либо напряжению на ней (Ыц),

В табл. 2 на рнс. 3 приведена структурная схема цифрового генератора, осуществляющего автоматическую коррекцию мощности, рассеиваемой в нагрузке. Операция деления в нем заменена операцией умножения. По такой структуре генератор может быть реализован как самостоятельное устройство, либо как программно управляемый модуль в составе микропроцессорной системы.

Математическая модель такого генератора описывается уравнением:

~ 1 ХЗ"т-Ы0~КЫа, (9)

где Ы0 - код, пропорциональный значению заданной мощности; 13^ - максимальное напряжение на выходе ЦАП; К^ащН^ЛК^^Т-1)(Т-1)].

Таблица 2

Структурные схемы цифровых измерительных генераторов заданной мощности

Найдено, что погрешность ЙГЗМ с делителем на ЦДЛ не превышает 1,8-2,4% в зависимости от типа и числа разрядов ЦДЛ и АЦП. Для ИГЗМ с множительным устройством этот показатель составляет 1,9-2,8% в зависимости от типа ЦАП и АЦП и -разрядности шины данных. Из этого следует, что погрешность цифрового ИГЗМ на основе делителя на ЦАП и множительного устройства почти на порядок меньше погрешности аналогового ИГЗМ с делительным устройством при худших динамических характеристиках. Так, если считать, что скорость изменения сопротивления нагрузки находится в интервале 0,1 - 100 кОм/мкс, а динамическая погрешность при изменении сигнала на входе АЦП не должна превышать 0,1%, то необходимо использовать АЦП с £ 1 • 0,02 икс соответственно. Программная организация операций точного умножения и деления позволяет исключить погрешность, возникающую при аппаратной реализации математических операций, обусловленную неидеальностью используемых функциональных узлов.

В четвертой главе приведены описания выполненных конструкций, схема и условия экспериментальных исследований. Приведены полученные результаты и экспериментальные зависимости (пример последних приведен на рис.3), на основании которых показана справедливость принятых при расчете допущений: при изменении сопротивления нагрузки в диапазоне 1 -10 кОм погрешность характеристики преобразования аналогового ИГЗМ на основе ДУ не превышает ±10%, а в диапазоне 10 -ЮОкОм-±5%.

Показана правомерность рекомендаций по снижению погрешности характеристик преобразования функциональных узлов генератора и уменьшению влияния дестабилизирующих факторов на характеристику преобразования ИГЗМ в целом.

Приводится методика инженерного проектирования ИГЗМ. Данная методика состоит из трех этапов. На первом этапе определяют тип генератора и вид структур-пой схемы, на втором осуществляют выбор схемы функциональных узлов разработанной структурной схемы ИГЗм, на третьем этапе проводят точный расчет параметров схем функциональных узлов генератора. Данная методика не требует разработки специального программного обеспечения н может бьпь выполнена с применением широко известных программных продуктов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые поставлена и решена задача создания и исследования ИГЗМ, предназначенных для использования в составе преобразователей и измерительных приборов, обеспечивающих получение малой мощности воздействия на объект.

2. Установлено, что при проектировании ИГЗМ могут применяться способы и технические приемы, используемые при проектировании электронных генераторов электрических сигналов и ИПМ Показано, что компактный работоспособный ИГЗМ с минимальным числом компонентов можно реализовать на основе структур с делительным устройством (измерителем отношений).

3. Сформулированы общие технические требования, предъявляемые к ИГЗМ. Они могут быть изменены и дополнены с учетом требований к конкретным преобразователям. '

4. Предложены классификации ИГЗМ по типу используемых генераторов электрических сигналов и ИПМ, по типу и виду структурной схемы.

5. Предложены способы реализации аналоговых и цифровых ИГЗМ на основе структур с делителем напряжения (тока) и ИГЗМ с ИПМ множительного типа. Представляется перспективным использование программной организации операций точ-

Мощность 0,5 мВт Скважность 0,5 -*-*- 75 Гц -«-»- 150 Гц —а—а— 300 Гц

10.00

-5.00

-15.00

1 Л

А я У

м г 1 ,

тпггггттт V

- ТПТТПТГ »111 14 1 11 ■чтгтпттт -ттпттт тттттгггг!

—5.00

-<У» 1||||

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100 00 120.00

Рп.кОт

Рис. 3. Экспериментальная зависимость погрешности характеристики преобразования ИГЗМ от сопротивления нагрузки К,

пого умножения и деления в цифровом генераторе, предназначенном для работы в составе микропроцессорных систем.

6. Разработаны структурные и принципиальные схемы аналогового и цифрового ИГЗМ.

7. Разработаны математические модели предложенных ИГЗМ. На основе разработанных математических моделей исследованы погрешности характеристики преобразования генераторов. Показано, что основную составляющую в погрешность характеристики преобразования аналогового ИГЗМ, в случае применения структуры с делителем напряжения, вносит последний. При этом суммарная погрешность, вносимая другими функциональными узлами, составляет менее 30% от полной погрешности ИГЗМ. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили справедливость теоретических положений и допущений, пришлых при разработке математических моделей.

8. Найдено, что погрешность характеристики преобразования аналогового ИГЗМ, в случае структуры с делителем напряжения, составляет ±10% при и0=1В, 1„=1-5 мА; ±1% при и0=1В, 1„=2,6-3,3 мА; ±1%при и^ОДВ, 1„<1,5 мА. Для снижения погрешности диапазон изменения сопротивления нагрузки, в котором проводится измерение, следует разбивать на поддиапазоны.

9. Показано, что уменьшение в 100 раз динамического диапазона входных сигналов делителя позволяет снизить погрешность характеристики преобразования ИГЗМ до 1% в диапазоне частот 0-1 кГц. Установлено, что для обеспечения минимальной погрешности поддержания мощности в сопротивлении нагрузки при вы- _ ходном напряжении задатчика мощности 0,1 - 1 В, значение тока, протекающего через нагрузку, должно находиться в пределах 1-3 мА. Снижение погрешности характеристики преобразования достигается за счет уменьшения напряжения на входе числителя делительного устройства. Однако, эта величина ограничена внутренней нелинейностью и напряжением шумов на входе схемы и, как правило, составляет около 100 мВ.

10. Показано, что в цифровых измерительных генераторах заданной мощности в составе ИИС можно использовать как операцию деления, так и умножения. Для снижения погрешности преобразования ИГЗМ при работе в составе ИИС с микропроцессорным управлением предлагается использовать программные операции точного умножения и деления.

11. Найдено, что погрешность ИГЗМ с делителем на ЦАП не превышает 1,82,4% в зависимости от типа и числа разрядов ЦАП и АЦП. Для генератора с множительным устройством этот показатель составляет 1,9-2,8% в зависимости от типа

ЦАП и АЦП и разрядности шины данных. Из этого следует, что погрешность цифрового ИГЗМ на основе делителя на ЦАП и множительного устройства почти на порядок меньше погрешности генератора с делительным устройством. .

12. Разработана методика инженерного проектирования измерительных генераторов заданной мощности, которая может быть полезной при выборе структурной схемы и типа ИГЗМ с учетом требований, предъявляемых к ним. Данная методика не требует разработки специального программного обеспечения и может быть выполнена с применением широко известных программных продуктов. Даны рекомендации по использованию программных продуктов, которые могут быть полезны при проектировании ИГЗМ.

Содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Зеленое С.А. Измерительные генераторы электрической мощности// Измерительные преобразователи и информационные технологии: Межвуз. научн. сб. - Уфа, 1996, стр. 50-57.

2. Гусев В.Г., Зеленое С.А. Измерительный генератор постоянной активной мощности/Лезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", том 2.-Крым, 1995, стр. 288-289.

; • 3. Мусаев М. В., Зеленое С. А. Измерительные генераторы активной мощности как диагностический инструмент медицинскойлехники/Лезисы докладов Всероссийской молодежной научно-технической конференции. Уфа, 1995, стр. 166-167.

4. Зеленое С. А. Вопросы создания генераторов постоянной активной электрической мощности/Лезисы докладов Всероссийской молодежной научно-технической конференции. Уфа, 1995, стр. 189-190.

5. Гусев В.Г., Зеленое С.А. Низкочастотные измерительные генераторы электри- -ческой мощности//Тезнсы докладов всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика - 95". - Москва, 1995, стр. 273-274.

6. Зеленое С. А Низкочастотные измерительные генераторы активной мощности как диагностический инструмент медицинской техники//Тезисы докладов Всероссийской научно - технической конференции "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", том 2. - Крым, 1996, стр. 296-297.