10. 3. Цифрові вимірювальні прилади з квантуванням по часу

Широке поширення отримали ЦВП з часовими-імпульсними перетворювачами (ЧІП). Перетворювач (рис. 10.4, а) формує прямокутні імпульси (рис. 10.4, б), тривалість яких пропорційна до виміряної величини:

(10.1)

Під час дії імпульсу t_імп ключ К замикається і пропускає імпульси з виходу генератора імпульсів ГІ на вхід лічильника. Кількість імпульсів, що надійшли на лічильник (рис. 10.4, б),

(10.2)

де Т=const—період надходження імпульсів на виході генератора.

Таким чином, код, який буде записаний у лічильнику, є пропорційним до вимірюваної величини. Цей код надходить у цифровий індикатор ЦІ і там перетворюється у вигляд, який є зручним для подання оператору.

Перевагою цифрових вимірювальних пристроїв з часовим-імпульсним перетворенням і квантуванням по часу є простота конструкції та уніфікація пристроїв. Прикладом промислових ЦВП з квантуванням по часу може бути щитовий вольтметр Ф200 з діапазоном вимірювання 1—1000В, класом точності 0,25, швидкодією 1—з виміри у секунду.

10.4. Цифровий вольтметр

У показуючих приладів зі стрілочним вказівником є за­гальний недолік — суб'єктивність вимірювань, оскільки не­можливо точно визначити положення стрілки на шкалі приладу. Цей недолік усунутий у цифрових вимірювальних приладах з цифровими індикаторами. Цифрові вимірювальні прилади широко застосовуються для вимірювання частоти, інтервалів часу, напруги і т.д.

Розглянемо структурну схему цифрового вольтметра постій­ної напруги (рис. 10.5). На рис. 10.6, наведена суміщена часова діаграма роботи різних блоків структурної схеми. Сумісну роботу блоків цифрового вольтметра синхронізує блок управління 1, на вихідних виводах якого формуються від'ємні імпульси напругиU₁, які надходять з частотою f. Імпульси напруги U₁ одночасно вмикають генератор періодичної лінійної змінної напруги ГЛІН 2 і селектор. На виході генератор ГЛІН формується напруга, яка зростає за лінійним законом, U_ГЛІН=S·t, яка подається на вхід блоку порівняння 3. Селектор зв'язує вихід високо частотного імпульсного генератора 4. (частота f) із входом лічильника 5. У блоці порівняння лінійно зростаюча напруга генератора ГЛІН порівнюється з вимірюваною постійною напругою U_вх.

Через інтервал часу Дt від початку зростання, напруга ГЛIH стає рівною вимірюваній напрузі (рис. 10.6), тобто U_ВХ = S·Δt, де S — крутизна перетворення. У цей момент часу на виході блоку порівняння формується додатній імпульс напруги U₂, який надхо­дить на вхід селектора і перериває зв'язок між виходом високо­частотного генератора і входом лічильника. Таким чином, у цифро­вому вольтметрі вимірювана напруга спочатку перетворюється у пропорційний інтервал часу Δt =U_ВХ/S, а далі цей інтервал часу перетворюється у пропорційну інтервалу кількість імпульсів

(10.3)

яка фіксується цифровим індикатором.

Оскільки частота f велика, а крутизна перетворення S мала, то навіть малим значення вхідної напруги U_ВХ відповідає велика кількість імпульсів n, що забезпечує велику чутливість та точність приладу. Цифрова індикація результатів вимірювання забезпечує об'єктивність відліку показів.