20.3.2. Уравновешивающие вольтметры

В вольтметрах уравновешивающего преобразования (другое название – вольтметры сравнения) используется обратная связь, которая предполагает наличие в схеме цифро-аналогового преобразователя, преобразующего код (или число импульсов) в аналоговое напряжение. Существует несколько способов уравновешивания (сравнения) измеряемого напряжения с аналоговым напряжением обратной связи. Ниже рассмотрен уравновешивающий вольтметр с реверсивным счетчиком (рис. 20.4).

Рис. 20.4. Структурная схема уравновешивающего вольтметра с реверсивным счетчиком:

ЭС – элемент сравнения;	PC – реверсивный счетчик;
ДУ – декодирующее устройство;	ГТИ – генератор тактовых импульсов;
К1, К2 – ключи;	ДЗ – дискриминатор знака;
ДШ – дешифратор;	Ux – измеряемое напряжение;
ЦОУ – цифровое отсчетное устройство;	U0 – компенсирующее напряжение;
ГИ – генератор высокочастотных импульсов;	Uy – управляющее напряжение

Работа вольтметра протекает в следующей последовательности. Генератор тактовых импульсов ГТИ выдает тактовый импульс u₁, который воздействует на реверсивный счетчик PC и тем самым запускает всю схему. PC выдает серию из импульсов на декодирующее устройство ДУ(u₂) и на ключ К1( ), сохранившихся в PC от предыдущих измерений. ДУ преобразует импульсное напряжение u₂ в аналоговое напряжение U_o (U_o = f(N)). Дальнейшая работа прибора зависит от соотношения напряжений U_o и U_x. Здесь возможны три случая: U_o = U_x; U_o > U_x; U_o < U_x.

Первый случай (U_o = U_x). В этом случае элемент сравнения ЭС вырабатывает импульсы u₄ и u₅. Импульс u₄ открывает ключ К₁, напряжение U₃ в виде серии импульсов (число импульсов – N) через K₁ поступает на дешифратор ДШ и преобразуется в управляющее напряжение U_y. Напряжение U_y воздействует на цифровое отсчетное устройство ЦОУ, с которого и производится считывание результатов измерений в цифровой форме (например: 127,3 mV; 4,856 V и т д.)

Второй случай (U_o > U_x). В этом случае ЭС вырабатывает импульсные сигналы u₈, u₁₀, u₁₁. Импульс u₁₀ закрывает ключ K₁, и доступ импульсов на ДШ прекращается. Импульс u₁₁ открывает ключ К₂, и высокочастотные импульсы u₆ с генератора импульсов ГИ через К₂ начинают поступать на PC. Импульс u₈ воздействует на дискриминатор знака Д₃, который вырабатывает коммутационное напряжение u₇, переводящее PC в режим вычитания. Благодаря режиму вычитания вновь поступающие на PC импульсы u₆ вычитаются из того, что уже было накоплено в реверсивном счетчике. Уменьшение числа импульсов в PC приводит к уменьшению их числа на входе ДУ и соответственно к уменьшению аналогового компенсирующего напряжения U_o. Уменьшение напряжения U_o происходит до тех пор, пока оно не станет равно измеряемому напряжению U_x. При U_o = U_x повторяется работа прибора, описанная выше (первый случай).

Третий случай (U_o < U_x). В этом случае ЭС вырабатывает импульсные сигналы u₉, u₁₀, u₁₁. Импульс u₁₀ закрывает ключ К₁, и доступ импульсов на ДШ прекращается. Импульс u₁₁, ключ К₂ и высокочастотные импульсы u₆ с генератора импульсов ГИ через К₂ начинают поступать на PC. Импульс u₉ воздействует на дискриминатор знака Д₃, который вырабатывает коммутационное напряжение u₇, переводящее PC в режим суммирования. Благодаря режиму суммирования вновь поступающие на PC импульсы u₆ суммируются с теми импульсами, которые уже были накоплены в реверсивном счетчике. Увеличение числа импульсов в PC приводит к увеличению их числа на входе ДУ и соответственно к увеличению компенсирующего напряжения U_o. Увеличение U_o происходит до тех пор, пока оно не станет равно измеряемому напряжению U_x. При U_x = U_o повторяется уже описанная работа прибора (первый случай).

Приборы сравнения имеют повышенные метрологические характеристики. Их погрешность при измерении постоянного напряжения обычно не превосходит 0,01-0,05 %. Быстродействие этих приборов может достигать 500-600 измерений в секунду.