Цифровой вольтметр с времяимпульсным преобразованием

Данные вольтметры нашли широкое применение в силу простоты исполнения и хороших метрологических характеристик.

В ЦВ времяимпульсного (временного) типа содержатся АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени Uх→Тх, который заполняется счетными импульсами, следующими с известной частотой fо, то есть формируется пакет импульсов Тх→Nх. Количество импульсов пропорционально сформированному интервалу времени и, соответственно, измеряемому напряжению.

Существует несколько схемотехнических решений создания времяимпульсных вольтметров. Ниже рассматриваются две схемы, наиболее часто используемые в измерительной технике.

Времяимпульсный вольтметр с генератором линейно изменяющегося напряжения. Структурная схема цифрового вольтметра и временные диаграммы, поясняющие ее работу, представлены на рисунках 5.2.2 и 5.2.3.

Входное устройство обеспечивает входные параметры, преобразует переменное напряжение u_x(t) в постоянное U_x.

АЦП включает в себя следующие элементы:

· генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) - вырабатывает образцовое напряжение U_глин=U_о + kt, линейная временная зависимость данного напряжения позволяет преобразовать измеряемое напряжение U_х в интервал времени Т_х;

· сравнивающие устройства СУ1 и СУ2 сравнивают два напряжения, поступающие на вход, при равенстве напряжений вырабатывают короткий импульс;

·  электронный ключ управляет работой селектора;

·  селектор (электронные «ворота») в открытом состоянии пропускает образцовые тактовые от ГТИ на электронный счетчик;

·  генератор тактовых импульсов (ГТИ) вырабатывает тактовые импульсы с заданным периодом t_о, которые используются как счетные;

·  электронный счетчик в соответствии с количеством поступивших импульсов и заданными значениями k и t_о формирует кодовое число, соответствующее измеряемому напряжению, и подает его на цифровое табло;

·  цифровое табло предназначено для получения численного значения результата в десятичной форме.

Управляющее устройство (УУ) обеспечивает синхронную работу всех элементов схемы, в том числе вырабатывает сигнал сброса предыдущего результата на цифровом табло, задает начало измерения, время высвечивания результата и т.п.

Рис. 5.2.2 Структурная схема цифрового вольтметра с времяимпульсным АЦП

Рис. 5.2.3 Временная диаграмма работы ЦВ с времяимпульсным преобразованием

Из диаграммы видно, что преобразование измеряемого напряжения Ux в Тх выполняется в процессе сравнения Uх с образцовым линейно изменяющимся напряжением Uглин. Определяется интервал времени Тх=t₁-t₂, за который Uглин изменяется от «0» до Uх.

при t=t₁ Uглин = 0

при t=t₂ Uглин = Ux = Uглин(t₂) - Uглин(t₁) = [U_о + kt₂] – [U_о + kt₁] =

= k(t₂ – t₁) = kTx

Соответственно, Ux = kTx,

где k – коэффициент пропорциональности линейного напряжения, определяет скорость изменения образцового напряжения, может задаваться перед началом измерения;

Tx – сформированный интервал времени.

На втором этапе измерения интервал времени Tx преобразуется в серию импульсов Nx, путем выделения (селекции) пакета импульсов.

Поскольку Тх = tоNx, значение измеряемого напряжения можно выразить:

Ux = kTx = ktоNx.

Для заданного измерения k и tо являются постоянными, соответственно, достаточно подсчитать количество импульсов, приходящихся на интервал Tx.

Дата добавления: 2015-05-10