Цифровые реализации

9.4.1. Цифровой измеритель добротности

L

C

Е

R1

R2

К

Детектор огибающей

Схема сравнения

Временной селектор

Формирователь

Счетчик

Цифровой индикатор

Рис.9.6

Прибор работает следующим образом. Сначала ключ «К» устанавливается в положение 1 и конденсатор С заряжается до величины «Е». Затем ключ в положение 2 (в момент t0) и в образовавшемся LC контуре за счет разряда ёмкости возникаю свободные колебания с частотой ω₀:

, (9.14)

где Q – добротность, ω₀- резонансная частота контура (ω0=2π/Т0=)

В момент t1=QT₀ амплитуда свободных колебаний в контуре уменьшится до, отсюда или

. (9.15)

Таким образом, добротность равна числу периодов частоты свободных колебаний ω0, в интервале t1.

Для реализации этих соотношений делитель R1 – R2 должен быть подобран так, чтобы на вход формирователя (его схемы сравнения) подавалось напряжение Ее^-π.

=Ее^-π=Еехр(-π) (9.16)

Огибающая напряжения u(t), выделяемая детектором, подаётся на вход схемы сравнения,

второй вход которой соединен с делителем напряжения. Схема сравнения формирует строб длительностью t1 – t0, управляющий временным селектором, который пропускает колебание частотой ω0, снятое с контура, в течение длительности этого строба. Формирователь из прошедшего колебания формирует счетные импульсы с периодом Т0

(т. е. за один период колебания – один импульс), счетчик подсчитывает эти импульсы и цифровой индикатор отображает значение Q.

Временные диаграммы, поясняющие принцип действия показаны на рисунке 9.7.

u(t)

Eexp(-π)

t1

t0

Eexp()

t

t

T0

Управляющий временным селектором строб

Т0

Рис. 9.7

Источниками погрешностей такого прибора могут быть:

- нестабильность порога ограничения;

- нестабильность коэффициента делителя напряжения;

- погрешность дискретности, равная Т₀;

9.4.2.Цифровой измеритель ёмкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов

Структурная схема такого прибора показана на рисунке 9.8

Сх

Е

Сравнивающее устройство

R0

R1

R2

Rобр

Временной селектор

Генератор счетных импульсов

Счетчик

Цифровой индикатор

Fсч

Рис.9.8.

Принцип работы прибора основан на определении постоянной времени разряда конденсатора ёмкостью С через резистор с сопротивлением R. В качестве образцового выбирается либо конденсатор, либо резистор (на рисунке образцовый резистор и измеряемый конденсатор).

Рассмотрим, как работает прибор с помощью эпюр напряжений.

Е

τ

Тсч

t

t

t

t0

Рис.9.9.

В момент t₀, как показано на рис 9.9 ключ из положения 1, когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения Е и заряжен до этого напряжения,

переключается в положение 2 – конденсатор отключается от источника и начинает разряжаться через сопротивление. Напряжение на конденсаторе уменьшается по закону или, положив t₀=0 (начало отсчета),, где τ=RC – постоянная времени разряда. Это напряжение подаётся на вход сравнивающего устройства, где сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на второй вход. Опорное напряжение снимается с делителя R₁R₂. Номиналы сопротивлений делителя подобраны таким образом, что коэффициент деления равен, т.е. опорное напряжение равно Uоп=. Через время τ от начала разряда конденсатора, напряжение на нём будет и сравнивающее устройство зафиксирует момент равенства u_c=Uоп. Сравнивающее устройство формирует строб длительностью τ – строб начинается с момента t₀ и оканчивается в момент τ. За время строба подсчитываются импульсы Т_сч. Число на счетчике:

, откуда τ=NT_cч

Так как τ=RC=NT_сч, то можно найти: R_x= и С_х=, где С₀ и R₀ –образцовые ёмкость и сопротивление, соответственно.

Основные источники погрешностей аналогичны источникам предыдущего прибора.

9.4.3. Цифровой мост.

В качестве измерительной схемы в цифровом мосту используется двойной дифференциальный трансформаторный мост, устройство и основные соотношения для которого приведены выше.

Напомним, что баланс в таком мосте достигается переключением чисел обмоток трансформаторов.

Упрощенная структура цифрового моста показана на рис.9.9.

Индикатор АС

Реверсивный счетчик АС

Генератор синусоидального сигнала

Двойной трансформаторный мост

  Усилитель

Фазовый детектор АС

Фазовый детектор РС

Генератор счетных импульсов АС

Генератор счетных импульсов РС

Индикатор РС

Реверсивный счетчик РС

Знак АС

Знак Рс

Опорный сигнал

Рис.9.9

Сигал рассогласования, когда мост не в состоянии баланса, можно представить вектором, модуль которого пропорционален «недобалансированности» амплитуд, а фаза – балансу фаз моста. Вектор можно представить в виде двух составляющих – активной и реактивной – отсюда видно, что каждая составляющая характеризуется величиной и знаком.

uас

uрс

Вектор напряжения рассогласования

Ux ас

Ux рс

Рис.9.10

Напряжение рассогласования подаётся на усилитель, с помощью которого можно регулировать чувствительность прибора. С усилителя напряжение подаётся на фазовые детекторы, которые определяют знак и модуль соответствующих составляющих. Знак определяет режим работы реверсивных счетчиков – сложение или вычитание содержимого счетчика с приходящими счетными импульсами. Частота счетных импульсов зависит от управляющего напряжения (величины составляющих поступающих от фазового детектора) - чем больше напряжение составляющей, тем выше частота счетных импульсов; когда составляющая равна нулю, на выходе генератора импульсы отсутствуют. Содержимое реверсивного счетчика управляет изменением числа витков трансформаторного моста. Двухконтурная следящая система сфазирована таким образом, чтобы уменьшать напряжение рассогласования – когда наступит баланс, на счетчики не будут поступать счетные импульсы, число на счетчиках не будет меняться. Это числа выводится на индикаторы активной и реактивной составляющих.

В качестве примера можно привести технические данные прибора Е7-8:

частота синусоидального сигнала 1 кГц, диапазон измерения ёмкостей 0,01 пФ – 100 мкФ, индуктивностей).1 мкГ – 1000 Г, сопротивлений 0,1 Ом – 10 МОм, время измерения менее секунды.

Дата добавления: 2014-01-04