Цифровые вольтметры

Непрерывная величина x(t) – величина, которая может иметь в заданном интервале времени при бесконечно большом числе моментов времени бесконечно большое число значений.

Любая непрерывная величина, ограниченная некоторыми предельными значениями, может быть дискретизирована во времени и квантована по уровню.

Дискретизация – физическая операция преобразования непрерывной во времени величины в дискретную, при которой сохраняются ее мгновенные значения только в определенные моменты времени (моменты дискретизации).

Шаг дискретизации – промежуток времени Δt между двумя ближайшими моментами дискретизации. Шаг дискретизации может быть постоянным или переменным. При дискретизации теряется часть информации, однако каждое значение дискретной величины строго связано с определенным моментом времени. Дискретный сигнал, в отличие от непрерывного, может иметь только конечное число значений.

Квантование – физическая операция преобразования непрерывной величины в квантованную, заменой ее мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями, совокупность которых образована по определенному закону. Квант (ступень квантования) – разность Δх между двумя соседними значениями. При квантовании теряется часть информации, но получаемое в результате квантования значение величины известно с точностью, определяемой ступенью квантования. В результате равномерного квантования мгновенные значения непрерывной величины представляются конечным числом ступеней квантования.

Цифровое кодирование – операция условного представления числового значения величины последовательностью цифр (сигналов), подчиняющихся определенному закону.

Цифровые измерительные приборы автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину или ее аналог (физическую величину, пропорциональную измеряемой) в дискретную форму, подвергают цифровому кодированию и выдают результат измерения в виде чисел, появляющихся на отсчетном устройстве или фиксируемых цифропечатающим устройством.

Цифровые измерительные приборы многопредельны, универсальны, предназначены для измерения напряжения переменного и постоянного токов, частоты, фазы, сопротивления, отношения напряжений и других электрических, а также неэлектрических величин. Среди измерительных приборов особое место занимают цифровые вольтметры, позволяющие обеспечить автоматический выбор предела и полярности измеряемых напряжений; автоматическую коррекцию погрешностей; малые погрешности измерения (0,01 – 0,001%) при широком диапазоне измеряемых напряжений (от 0,1 мкВ до 1000 В); выдачу результатов измерения в цифровом виде; документальную регистрацию с помощью цифропечатающего устройства, ввод измерительной информации в ЭВМ и сложные информационно - измерительные системы. Основные недостатки цифровых вольтметров - сложность схем, высокая стоимость, малая надежность.

Цифровой вольтметр в отличие от аналогового содержит аналого-цифровой преобразователь (кодирующее устройство) – (АЦП), устройство цифрового отсчета.

Цифровые вольтметры классифицируют по способу преобразования непрерывной величины в дискретную; структурной схеме АЦП; применяемым техническим средствам; способу компенсации.

По способу преобразования различают цифровые вольтметры с поразрядным кодированием (взвешиванием), с время- и частотно- импульсными преобразованиями.

В цифровых вольтметрах с поразрядным кодированием происходит последовательное сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений образцовой величины; в цифровых вольтметрах с времяимпульсным преобразованием значение измеряемой величины U_x преобразуется во временной интервал Δt с последующим заполнением этого интервала импульсами N – образцовой частоты (счетными импульсами); в цифровых вольтметрах с частотно- импульсным преобразованием (интегрирующих) происходит преобразования значения измеряемого напряжения U_x в частоту f следования импульсов.

По структурной схеме АЦП цифровые вольтметры делятся на вольтметры прямого преобразования и уравновешивающего преобразования. В вольтметрах прямого преобразования отсутствует обратная связь с выхода на вход и непрерывная измеряемая величина непосредственно преобразуется в дискретную. В вольтметрах уравновешивающего преобразования обязательно имеется обратная связь, т. е. входная величина в процессе преобразования уравновешивается выходной.

По применяемым техническим средствам цифровые вольтметры делятся на электромеханические вольтметры (переключающие устройства измерительной цепи строятся на контактных элементах – электромагнитные реле, шаговые искатели, реверсивные двигатели) и электронные вольтметры (переключающие устройства измерительной цепи построены на бесконтактных электронных элементах – электронные ключи, триггеры и др.). Электромеханические цифровые вольтметры обладают большой точностью и малым быстродействием (1–2 измерения/с), электронные цифровые вольтметры меньшей точностью, но большим быстродействием (десятки тысяч измерений в секунду).

По способу уравновешивания цифровые вольтметры делятся на вольтметры со следящим и развертывающим уравновешиванием. В вольтметрах со следящим уравновешиванием измеряемая величина U_x непрерывно сравнивается с компенсирующей величиной U_{k .} В вольтметрах с развертывающим уравновешиванием операция сравнения величин измеряемой U_x и компенсирующей U_k происходит по определенной наперед заданной программе. Компенсирующее напряжение принудительно изменяется от нуля до максимального значения и прекращает это изменение в момент равенства напряжений.

Измерительная информация в цифровых вольтметрах может быть представлена в десятичном коде для визуального отсчета и выведена в двоичном коде на цифропечатающее устройство для регистрации. Каждый цифровой вольтметр имеет устройство цифрового отсчета, состоящее из дешифраторов и цифровых индикаторов.

Дешифраторы являются преобразователями дискретных сигналов, т. е. позволяют получать на выходе нужную комбинацию сигналов при подаче определенной комбинации на входе. В цифровых вольтметрах дешифраторы преобразуют двоично-десятичный код в соответствующие напряжения, управляющие цифровыми индикаторами.

Знаковые индикаторы используют для представления результатов измерения в цифровой форме. Конструкция знаковых индикаторов может быть различна: индикаторы с лампами накаливания, индикаторы из газоразрядных счетных ламп, мозаичные индикаторы со светоизлучающими диодами.

Для улучшения параметров цифровых измерительных приборов создаются комбинированные структуры с одновременным использованием различных методов преобразования, адаптивные структуры с автоматической коррекцией, калибровкой, структуры с устранением избыточной информации.

Дата добавления: 2014-01-14