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.

У правляющее 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.

 

 

 

 

 

 

Р ис. 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.