ЦВ временного преобразования с двухтактным интегрированием

Метод двухтактного интегрирования позволяет эффективно ослаблять влияние помех и обеспечивать достаточно высокую точность измерения напряжения. В этих приборах в первом такте входное напряжение вольтметра сначала интегрируется за определенный интервал времени Т_инт, а во втором такте формируется времени, пропорциональный среднему за интервал интегрирования значению входного напряжения.

Структурная схема вольтметра приведена на рисунке 14.1.

Прибор содержит интегратор, выполненный на усилителе постоянного тока с большим коэффициентом усиления, два аналоговых ключа, с помощью которых на вход интегратора поочередно подключаются сначала входное напряжение U_вх, а затем опорное напряжение U _оп противоположной полярности. Выход интегратора подключен к сравнивающему устройству СУ, на второй вход которого подается напряжение U_o =0. В состав вольтметра входит устройство управления, формирующее сигнал длительностью Т_инт и осуществляющее управление ключами, а также цифровой измеритель интервала времени.

На рисунке 14.2 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип действия вольтметра.

В первом такте в момент t₁ устройство управления подключает к интегратору входное напряжение U_x. Напряжение на выходе интегратора начинает возрастать по закону:

Через интервал Т_инт (в момент t₂), напряжение

.

В этот момент времени устройство управления закрывает Ключ 1 и открывает Ключ 2. При этом ко входу интегратора подключается постоянное напряжение U _оп, полярность которого противоположна полярности U_x. Одновременно в момент t₂ устройство управления подает сигнал «Пуск» на измеритель интервала времени. Во втором такте напряжение на выходе интегратора линейно убывает и в момент t₃, когда U_инт = U_o =0, сравнивающее устройство СУ формирует импульс «Стоп», подаваемый на измеритель интервала времени t_x.

Время t_x определяется из условия

или

.

Отсюда

,

где U_xср – среднее за время Т_инт значение входного напряжения. Интервал t_x измеряется путем заполнения его импульсами опорной частоты f_o и цифровой код, формируемый на выходе измерителя интервала времени:

,

где Т_о – период опорной частоты.

Составляющие погрешности ЦВ:

1) погрешность квантования интервала t_x квантирующими импульсами с длительностью Т_о;

2) погрешность из-за наличия порога чувствительности сравнивающего устройства СУ;

3) погрешность от нестабильности Т_инт, f_o, U_o;

4) погрешность из-за влияния остаточных параметров аналоговых ключей.

Влияние нестабильности Т_о и Т_инт исключается, если выполнить условие Т_инт=kT_o, где k=const.

У вольтметров такого типа погрешность измерения снижена до 0,002%.

Ослабление действия помех в данных вольтметрах характеризуют коэффициентом подавления помехи:

,

где U _п – напряжение источника помехи;

D U – изменение показаний прибора под действием помехи.

Коэффициент подавления помехи выражается в децибелах (дБ) и для помехи 50 Гц может составлять 120 дБ. Это означает, что можно измерять напряжение в десятую долю микровольта на фоне помех в 100 милливольт.

Эти вольтметры являются наиболее чувствительными. Известны ЦВ, у которых одна единица младшего разряда цифрового отсчетного устройства составляет 0,1 мкВ.

Быстродействие вольтметра определяется длительностями двух тактов. При длительности первого такта 20 млс с учетом длительности второго такта, которая пропорциональна U_x, но не превышает, как правило, Т_инт, суммарное время, необходимое на одно измерение составляет 40 млс, а, следовательно, быстродействие составляет 25 изм/с.

Дата добавления: 2014-01-14