11.10. Цифровые измерительные приборы. Цифровой вольтметр

Цифровые измерительные приборы широко применяются для из­мерения частоты, интервалов времени, напряжения, разности фаз и т. д.

К их общим достоинствам относятся высокие чувствительность и точность, объективность отсчета показаний, возможность сопряжения с другими цифровыми устройствами для обработки результатов измерения, а к недостаткам — сложность изготовления и ремонта, высокая стоимость, а также утомление оператора при длительном наблюдении за цифровым индикатором.

Ограничимся здесь рассмотрением структурной схемы цифрового вольтметра постоянного напряжения (рис. 11.21). На рис. 11.22 приведена совмещенная временная диаграмма работы различных блоков структурной схемы.

Рис. 11.21

Рис. 11.22

Совместную работу блоков цифрового вольтметра синхронизирует блок управления, например мультивибратор, на выходных выводах которого формируются отрицательные импульсы напряжения u₁ с периодом повторения Т. Импульсы напряжения u₁ одновременно включают генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) и селектор. На выходе ГЛИН формируется напряжение, нарастающее по линейному закону,

u_ГЛИН= St, которое подается на вход блока сравнения, т. е. компаратора. Селектор связывает выход высокочастотного импульсного генератора (частота f) со входом счетчика. В блоке сравнения линейно нарастающее напряжение ГЛИН сравнивается с измеряемым постоянным напряжением U_BX.

Через интервал времени от начала запуска ГЛИН в работу, напряжение на его выходе становится равным измеряемому напряжению, т.е. U_BX = S , где S называется крутизной преобразования. В этот момент времени на выходе блока сравнения формируется положительный импульс напряжения и₂, который поступает на вход селектора и прекращает связь между выходом высокочастотного генератора и входом счетчика. Таким образом, в цифровом вольтметре измеряемое напряжение сначала преобразуется в пропорциональный интервал времени = U_BX/S, а затем этот интервал времени преобразуется в пропорциональное интервалу число импульсов

n= f=fU_BX/S,

которое фиксируется цифровым индикатором.

Так как частота f велика, а крутизна преобразования S мала, то даже малым значениям входного напряжения U_BX соответствует большое число импульсов п, что обеспечивает высокие чувствительность и точность прибора. Цифровая индикация результатов измерения обеспечивает объективность отсчета показаний.

11.12. Измерительные системы

Типовая измерительная система содержит стандартные устройства: датчики измеряемых величин, цифровые измерительные приборы, регистрирующие приборы, контроллер и системный интерфейс (рис. 11.23).

Рис. 11.23

Датчики и первичные преобразователи подключаются непосредственно к исследуемому объекту и служат для получения исходной информации (например, частоты вращения п, мощности Р вала электродвигателя и т.п.) в виде доступных для измерения электрических величин в аналоговой форме.

Цифровые приборы измеряют аналоговые электрические величины, преобразованные в числовые эквиваленты.

Контроллер представляет собой программно-управляемое устройство на основе микропроцессоров.

Регистрирующие устройства (алфавитно-цифровое печатающее устройство, графопостроитель, магнитофон и т. п.) позволяют документировать информацию о результатах измерения.

Интерфейс содержит совокупность электрических, механических и программных средств, позволяющих соединять между собой различные части измерительной системы.

Работой системы управляет контроллер. По команде контроллера интерфейс устанавливает все приборы системы в исходное состояние. Следующая команда переводит все приборы в режим дистанционного управления. Управление системой заключается в передаче адресов и команд из контроллера, по которым происходит выборка передающих и принимающих информацию приборов и соответствующих линий связи.

Различают контроллеры без обработки и с обработкой данных. В последнем случае контроллеры помимо функций управления выполняют также логические и математические операции, необходимые для анализа данных измерения, их обработки по программе и принятия решений, определяющих работу отдельных приборов и системы в целом.

Применение измерительных систем обеспечивает: многофункци­ональность; автоматизацию процессов измерения, калибровки и статистической обработки; дистанционность управления; проведение косвенных и совокупных измерений; запоминание выборок; автоматизацию поверочных процедур.