Цифровой вольтметр с двойным интегрированием

Цифровые вольтметры, структурная схема и параметры, основные узлы и принципы их работы.

Цифровой вольтметр – прибор, который предполагает аналого-цифровое преобразование входного напряжения. Результат – в цифровом виде.

2 типа вольтметров (различаются по быстродействию): 1) интегрирующего типа (среднее значение измеряемого параметра за интервал времени); 2) вольтметры мгновенных значений;

Ц.В. интегрирующего типа: 1) Ц.В. постоянного тока;2) Цифровые мультиметры (используют в своем составе интегрир преобразователи);

Достоин: 1) высокая и заранее известная точность за счет отсутствия субъективной погрешности (аналоговые ограничены длинной шкалы); 2) широкий диапазон измеряемой величины и пост. точности; 3) наличие цифрового кода позволяет включать эти приборы измерительные схемы и системы; 4) возможность цифровой обработки данных в самом приборе;5) простота автоматиз прибора,6) высокая помехоустойчивость;

Недостатки: 1) ограниченное быстродействие (можно улучшить детекторами, но ухудшится чувствительность => вырастут погрешности; 2) малая рабочая полоса; 3) относительная сложность и дороговизна; 4) иногда цифровая индикация результата несколько усложняет процесс измерения;

Схема Ц.В.: (ц.в. пост. тока)

Используются выпрямители. Есть конструкции ц.в., которые относятся к интегрирующим, но используется быстродействующий АЦП. Точность такого прибора выше.

Специфичные параметры ц.в.: 1) диапазоны измер кратны 10, для этого аттенюатор связ с индикатором; 2) Разрешающая способность (единица посл. Разряда, кот. Может показать вольтметр) 3) разрядность – количество десятичных цифр в результате; 4) класс точности ц.в. задается классом точности , где c и d –аддитивная и мультипликативная составляющие. 5) помехоустойчивость ц.в.

Используют интегрирующие вольтметры. Обычно помехи имеют частоту, кратную 50 Гц. Получается, что вольтметр не воспринимает помехи с заданной кратностью частоты.

По типу АЦП различают вольтметры: 1)время-импульсные; 2) с двойным интегрированием; 3) частотно-импульсные; 4)кодо-импульсные;

По разрядному уравновешиванию: 1)параллельные; 2) последовательные;

17. Цифровой вольтметр время – импульсного преобразования.

Постоянная составляющая сравнивается пилообразным напряжением.

Генератор линейно-меняющегося напряжения (ГЛИН) вырабатывает эталонное

напряжение u1, угол наклона которого tgα строго задан. Это напряжение подают на два компаратора, в которых происходит его сравнение с измеряемым напряжением Ux и нулевым напряжением U0. На выходах компараторов образуются импульсы u2 и u3. C помощью RS триггера они преобразуются в стробимпульс u4. Его длительность пропорциональна измеряемому напряжению . Длительность этого импульса измеряется методом дискретного счета. На временной селектор (ВС) подают кратковременные импульсы u5 с частотой опорного кварцевого генератора fкв (счетные импульсы). На второй вход селектора подают импульс u4. Селектор работает как схема «И», пропуская на вход счетчика импульсы кварцевого генератора только при наличии на втором входе импульса длительностью x. Счетчик подсчитывает количество импульсов N, которое пропорционально длительности стробим-

пульса . Выбирая частоту кварцевого генератора и угол наклона напряжения ГЛИН так, чтобы их отношение было бы кратно 10, получаем, что показания счетчика численно совпадает (с точностью положения запятой) с измеряемым напряжением .

Причины погрешностей преобразования: 1) нелинейность пилообразного напряжения, tg завис от Ux; 2) дрейф нуля компараторов. Положение импульсов от времени меняется

3) погрешность установки определяется нелинейностью (непостоянностью наклона); 4) погрешность дискретности (кол-во импульсов за период ; 5) нестабильность периода счетных импульсов; 6) нестабильность срабатывания триггера; 7) Нестабильность кварцевого генератора счетных импульсов

Достоинства: 1) простота; 2) высокая точность.

Недостатки: 1) низкая помехоустойчивость (можно поставить узкополосный сглаживающий фильтр на входе, но увеличится время измерения); 2) требуется делать определенные параметры, либо выпрямлять заранее.

Блок управления формирует импульсы, переключающие электронный

ключ. Длительность первого импульса Т1 соответствует подаче на вход интегратора измеряемого напряжения Ux. Второй импульс T2 переключает вход интегратора на образцовый источник опорного напряжения U0 противоположной полярности. Таким образом, на первом этапе интегрируется напряжение Uх. Время интегрирования Т1 образуется путем деления частоты счетных импульсов от кварцевого генератора (на схеме не показан): , где kд – коэффициент деления частоты. К моменту окончания интегрирования выходное напр интегратора u2 пропорционально среднему значению входного сигнала: После окончания первого интегрирования ключ переходит в нижнее положение. Опорное напр Uо, противоположное по знаку измеряемому напр, поступает на вход интегратора. В этот момент с устройства управления на вход S триггера подается импульс u3, формирующий начало времени счета Tсч. Выходное напр интегратора u2 линейно уменьшается по абсолютной величине. Время счета заканчивается, когда выходное напряжение интегратора переходит через нуль. При этом компаратор вырабатывает импульс сброса триггера u4. На выходе триггера формируется прямоугольный стробим-пульс u5, длительность которого пропорциональна измеряемому напряжению и определяется из уравнения: . Измерив длительность импульса методом дискретного счета, описанным выше, получим показания счетчика в виде: Коэффициент деления частоты и значение опорного напряжения выбраны кратными 10. Из формулы следует, что ни тактовая частота, ни постоянная интегрирования RC не влияют на результат. Поэтому в качестве тактового генератора может быть использован простой генератор импульсов без особых требований к их стабильности. В окончательный результат входит не мгновенное значение преобразуемого напряжения, а среднее значение за время T1. Поэтому переменное напряжение помехи, попадающее на вход АЦП, ослабляется, причем тем сильнее, чем выше его частота.

Погр-ти:установки опорного напр и его нестабильность, интегратора,вызывающая нелинейность напр на его выходе, сравнения напр на компараторе, его дрейф нуля, дискретности.

Дата добавления: 2015-04-30