30 Ноября2011.

Тема: Входной аналоговый преобразователь.

ВАП – преобразует измеряемую величину к виду, удобному для последующего преобразования.

АЦП (аналого-цифровой преобразователь) – осуществляет дискретизацию или квантование и кодирование информации. Характеризуется погрешностью дискретизации.

Квантование – преобразование непрерывной величины в квантованную путем замены значений ближайшими квантовыми значениями. Характеризуется погрешностью квантования, таким образом, для всех цифровых приборов характерны специфические методические погрешности дискретизации и квантования.

Цифровое кодирование – условное представление числового значения цифровым кодом. Код представляет собой последовательность цифр, подчиненных определенному закону, с помощью которых отражается числовое значение кодируемой величины.

Цифровые приборы широко используют двоично-десятичный код. Поскольку он является избыточным, то обычно используют код 8421. В цифровых вольтметрах используется дополнительный разряд.

Для трех, четырех и пяти разрядных приборов неполный разряд соответствует значения 1.99999, для шести разрядных приборов используют 1.499999.

Вольтметр может измерять до двукратного значения диапазона и до полукратного значения шестиразрядных вольтметров. Введение дополнительного неполного разряда связано с повышением точности при переходе с одной декады на другую.

Три типа цифровых вольтметров:

• Времяимпульсные;

• Интегрирующие;

• Кодоимпульсные.

Основой времяимпульсных вольтметров является времяимпульсный преобразователь. Общая структура:

Структура времяимпульсного преобразователя имеет вид:

Временной интервал задается двумя импульсами t1 and t2. Эти импульсы последовательно поступают на блок регулирования, вырабатывающего прямоугольный импульс. Этот прямоугольный импульс поступает на вход временного селектора, на второй вход поступают импульсы ГСИ с частотой f0. Когда на первой входе присутствует сигнал, то счетные импульсы поступают через ВС на счетчик ЦОУ. Количество счетных импульсов будет равно: N=∆t*f₀.

Суммарная погрешность определяется следующими факторами:

1. Погрешность дискретизации;

2. Нестабильность опорной частоты;

3. Погрешность преобразования измеряемого временного сигнала;

4. Длительность прямоугольного импульса.

Основным элементом является триггер. Характерной особенностью триггера является опорные напряжения.

Структурная схема импульсного вольтметра имеет вид:

Принцип работы:

Устройство управления вырабатывает СТОП импульс, который запускает ГЛИМ и блок БФ. Напряжение на выходе ГЛИН меряется по линейному закону. На вход ЦОУ поступают импульсы. В момент равенства Uглин и измеряемого, компаратор вырабатывает СТОП импульс, который прекращает работу ГЛИН и закрывает ВС. За время измерения ЦОУ регистрирует импульсы, количество которых определяется выражением:

k- коэффициент, характеризующий скорость изменения напряжения ГЛИН.

Суммарная погрешность вольтметра такого типа складывается из 3 погрешностей ВИП:

4) погрешность порогосрабатывания (компаратора);

5) погрешность нелинейности и нестабильности ГЛИН (минимально 0.5)

Основной недостаток влияние помех промышленной частоты.

Интегрирующие вольтметры:

Наибольшее распространение получили двухтактные интегрирующие вольтметры. В них какая то величина интегрируется за определенной время. На втором этапе это напряжение преобразуется в пропорционально временной интервал. Временной интервал преобразуется ВИПом в цифровой код.

Структурная схема интегрирующего вольтметра имеет вид:

Принцип действия:

Устройство управления УУ задает цикл измерений и вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности. Этот импульс замыкает ключ 2. Напряжения поступает на вход интегратора, в момент окончания прямоугольного импульса калиброванной длительностью. УУ закрывает ключ 2, открывает ключ 1 и запускает ВИП. Ключ 1 подключается к интегратору ИОН, вырабатывающему образцовое напряжение U₀ обратной полярности. Напряжение интегратора начинает убывать по линейному закону. Напряжение на интеграторе поступает на компаратор, где сравнивается с напряжением на корпусе. При равенстве напряжений, компаратор выбирает импульс останавливающий ВИП и закрывает ключ 2.

ИЗ этого выражения вытекают погрешности:

1. Дискретизации;

2. Нестабильность опорной частоты;

3. Погрешность нестабильности ИОН;

4. Погрешность компаратора;

5. Погрешности от неопределенности напряжений на корпусе прибора.

Вольтметры такого типа состоят из аналоговой и цифровой части. Связь между этими частями осуществляется через оптроны.

Тема: кодоимпульсный вольтметр.

В основе работы эти вольтметров лежит метод развертывающего уравновешивания: измеряемое напряжение сравнивается с суммой дискретных значений компенсирующего напряжения, изменяющего свое значение соответственно коду 8421.

Компенсирующее напряжение вырабатывается ЦАП.

Схема:

Представляет собой параллельный делитель выполненный с весами 8421 (R4, R3, R2, R1). Каждая декада отличается в 10 раз.

Вольтметр работает следующим образом: измеряемое напряжение уравновешивается компенсирующим, поразрядно последовательно включая все разряды со старшего при Uк>Uх – компаратор выдает в УУ сигнал на отключение последнего включенного разряда. При Uк<Uх ЦАП последовательно увеличивает компенсирующее напряжение.

Последовательность работы всех узлов определяется интегратором тактовых импульсов. Погрешность определяется:

1. Погрешностью квантования;

2. Погрешностью компаратора;

3. Погрешность нестабильного опорного напряжения ЦАП

Этот вольтметр позволяет измерять мгновенные значении.