Разновидности электронных функциональных преобразователей

Дать всеобъемлющую классификацию электронных функциональных преобразователей (ФП) достаточно сложно. Практически любые возможные преобразования сигналов могут найти применение в системах управления. Многие простейшие ФП изучены в «Судовой электронике», например, нелинейные преобразователи, коммутаторы, ФЧВ, преобразователи U→I и I→U и т. д.; эти ФП лучше называть функциональными узлами. В этом разделе мы будем изучать более сложные ФП, выполняющие некоторую важную для системы автоматики функцию и состоящие, естественно, из ряда простейших функциональных узлов. Предпочтение отдается таким ФП, которые характерны для судовых СУ.

ФП, о которых пойдет речь, выполняют следующие задачи (это примерный, далеко не полный перечень, отражающий скорее личное представление):

1. Получение унифицированного измерительного сигнала в виде напряжения, пропорционального измеряемой величине (нормирующие преобразователи).

Выходным сигналом датчика может являться напряжение, ток, сопротивление, частота. Для дальнейшей обработки или отображения сигнал должен быть преобразован в напряжение и приведен у некоторому унифицированному диапазону (например, 0–10 В или ± 10 В).

Основной параметр преобразователя (настраиваемый) – коэффициент передачи. Кроме того, ФП выполняет, как правило, множество дополнительных функций:

– сдвиг нуля (если не требуется – настройка нуля);

– компенсация нелинейности (введением компенсирующей нелинейности, имеющей обратную функциональную зависимость);

– подавление помех (введение сглаживающего конденсатора);

– гальваническая развязка.

Если входной сигнал – напряжение, ФП есть усилитель (в редких случаях делитель).

Если входной сигнал – ток, ФП есть преобразователь I→U (изучали в «Судовой электронике»). Возможно с использованием схемотехнических приемов повысить качество преобразования (пример – активный трансформатор тока, рассмотрим далее).

Если входной сигнал – сопротивление, то чаще всего речь идет об измерении температуры или деформации. [Вообще измерение температуры – это отдельная тема, подробнее должна быть рассмотрена в курсе «Метрология, стандартизация и сертификация»]. Существует обширный класс схем – преобразователи R→U.

Если входной сигнал – частота, то используются преобразователи F→U (есть такой довольно объемный класс схем)

2. Обработка сигналов при косвенных измерениях (если невозможно прямое измерение с помощью датчиков). В системах управления судовых электростанций, например, требуется измерять активный ток, мощность и угол сдвига фаз.

3. Вывод измеренных сигналов на цифровой индикатор. Необходимо преобразовать напряжение в двоично-десятичный код и дешифровать код в сигналы управления индикатором. Кроме того, что индикатор должен отображать не напряжение, а реальное значение измеряемой величины. Дополнительно необходимо указать место децимальной точки.

4. Преобразования, связанные с временными параметрами сигналов (преобразователи напряжения в частоту или период, периода и частоты в напряжение, фазы в напряжение, напряжения в фазовый или временной сдвиг).

5. Допусковый контроль параметров; в случае выхода параметра за допустимые пределы – включение сигнализации (АПС) и формирование управляющих воздействий, например, команд защитного отключения. [Функции – сравнение, временная задержка, управление световыми (режим мигания) и звуковыми сигналами].

6. Обработка сигналов с целью повышения достоверности измерений (измерение одной величины несколькими датчиками с последующей математической обработкой).