Контрольные вопросы:

1. Приведите основные схемы построения электронных аналоговых вольтметров и их отличие.

2. Почему амплитудный преобразователь наиболее высокочастотен?

3. Как функционирует преобразователь среднего квадратического значения?

4. Поясните работу амплитудного детектора на ОУ.

5. Что называется амплитудным, средним, средневыпрямленным и средним квадратическим значениями напряжения или тока?

6. Какие коэффициенты устанавливают связь между амплитудным и средним квадратическим, средним квадратическим и средним значениями напряжения (тока)? Чему равны эти коэффициенты для гармонической формы сигнала?

7. Приведите основные схемы построения электронных аналоговых вольтметров и их отличия.

8. Объясните работу амплитудного диодного преобразователя переменного тока в постоянный.

9. Почему амплитудный преобразователь наиболее высокочастотен?

10. Как функционирует преобразователь среднего квадратического значения, реализованный с помощью кусочно-линейной аппроксимации вольтамперной характеристики?

11. Какова техника измерения напряжений?

12. В чем состоят особенности измерения силы тока?

Тема 2.4 Цифровые вольтметры

Принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном и цифровом представлении непрерывных измеряемых физических величин. Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра (рис. 2.12) состоит из входного устройства, АЦП, цифрового отсчетного устройства ЦОУ и управляющего устройства.

Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока оно включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный.

Рисунок 2.12 Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представляемый цифровом кодом. Процесс аналого-цифрового преобразования составляет сущность любого цифрового прибора, в том числе и вольтметра. Использование в АЦП цифровых вольтметров двоично-десятичного кода облегчает обратное преобразование кода в десятичное число, отражаемое цифровым отсчетным устройством. Цифровое отсчетное устройство регистрирует измеряемую величину. Управляющее устройство объединяет все узлы вольтметра.

По типу АЦП цифровые вольтметры делят на две основные группы:

• кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием);

• времяимпульсные.

Аналого-цифровой преобразователь вольтметров преобразуют сигнал постоянного тока в цифровой код, поэтому и цифровые вольтметры также считают приборами постоянного тока. Для измерения напряжения переменного тока на входе вольтметра ставится преобразователь в постоянное напряжение, чаще всего средневыпрямленного значения.

Проанализируем основные технические характеристики среднестатистического цифрового вольтметра постоянного тока:

• диапазон измерения: 100 мВ, 1 В, 10 В, 100 В, 1000 В;

• входное сопротивление - высокое, обычно более 100 МОм;

• порог чувствительности (другие названия - квант или единица дискретности) на диапазоне 100 мВ может быть 1 мВ,100 мкВ, 10 мкВ;

• количество знаков (длина цифровой шкалы) - отношениеI максимальной измеряемой величины на этом диапазоне к минимальной; например: диапазону измерения 100 мВ при уровне квантования 10 мкВ соответствует (100-10^-6)/(10 • Ю^-9) = 10⁴ знаков;

• помехозащищенность.

Точность цифровых вольтметров. Распределение погрешности по диапазону измерения определяется пределом допускаемой относительной, основной погрешности , характеризующей класс точности СИ:

_{, (2.13)}

где u - измеряемое напряжение; U_к - конечное значение диапазона измерений.

Быстродействие. Современные схемы АЦП, применяемые в цифровых вольтметрах, могут обеспечить очень большое быстродействие, однако из соображений точной регистрации полученного результата у цифровых вольтметров оно уменьшается примерно до 20-50 измерений в 1с.