§ 3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи

Датчики технологических параметров непрерывно измеряют зна­чения этих параметров и позволяют получить на выходе стандарт­ный сигнал, пропорциональный этому значению. Такой сигнал назы­вают аналоговым. При передаче информации на небольшие рас­стояния (в пределах технологической установки) применяют рас­смотренные во второй части данной книги пневматические и элек­трические преобразователи, которые входят в конструкции датчиков. В случае передачи информации на большие расстояния во время построения информационных и управляющих систем рассредоточен­ных объектов применяют средства телемеханики, которые передают информацию в виде дискретных (цифровых) сигналов, представлен­ных кодовыми комбинациями. Кроме того, в современных системах сбора и обработки информации часто используют ЭВМ, построенные также на дискретном принципе действия. Поэтому необходимыми элементами в таких системах являются аналогоцифровые преобразователи (АЦП), которые преобразуют выходной сигнал датчика в цифровой код, и цифроаналоговые преоб­разователи (ЦАП), преобразующие дискретный выходной сиг­нал (например, вычислительной машины) в аналоговый сигнал (на­пример, электрическое напряжение, поступающее на электропривод­ную задвижку).

В случае применения пневматических датчиков и исполнитель­ных устройств в таких системах необходимо дополнительно устанав­ливать пневмоэлектрические и электропневматические преобразова­тели.

На рис. 22.10,а показана структурная схема АЦП напряже­ния в код. На вход времяимпульсного преобразователя (ВИП) поступает входное напряжение Uвx, преобразующееся в нем в элек­трический импульс, длительность которого пропорциональна значе­нию Uвx. В течение времени действия этого импульса, определяемого его длительностью, импульсы стабильной частоты от генератора им­пульсов ГИ проходят через элемент «И» на вход двоичного счетчи­ка СТ. Число импульсов ГИ за время действия импульса ВИП, про­порциональное Uвx, фиксируется на выходе счетчика СТ в виде двоичного кода этого числа.

При преобразовании угла поворота в код (например, угла поворота стрелки измерительного прибора) используются кодирую­щие диски (рис. 22.10,6). Диск разбивают на концентрические окруж­ности, число которых равно числу разрядов кода. На эти окружно­сти наносят непрозрачные участки, которые вместе с прозрачными участками представляют код. Прозрачные участки диска соответст­вуют единицам, а непрозрачные — нулям в каждом разряде кода. По одну сторону от диска помещают источник света, а по другую — светочувствительные элементы (фоторезисторы или фотодиоды) При каждом положении диска освещены только те фотоэлементы, которые соответствуют единицам кода. Комбинация единиц и нулей представляет собой закодированную величину угла поворота изме­рительного прибора.

При преобразовании двоичного кода числа в аналоговую величи­ну (напряжение или силу тока) каждой единице разряда этого чис­ла ставится в соответствие напряжение (сила тока), адекватное пол

ожению этого разряда. При сум­мировании напряжений (сил токов) получают аналоговое выражение числа. В случае поступления дво­ичного числа на вход трехразряд­ного ЦАП (рис. 22.11) ключи Ко, K₁, К₂ замыкаются при наличии в соответствующем разряде числа единицы и остаются в разомкнутом состоянии при наличии в разряде нуля. Резисторы г, установленные в цепях, соответствующих разрядам двоичного числа, «взвешены», т.е. равны r*2°, r*2¹, r*2². Выходное напряжение Uвых, равное сумме падений напряжений в разрядах, пропорционально коду числа и выражает его в аналоговой форме.