3. Метод двойного интегрирования

Теоретическое обоснование метода

Неизвестное напряжение интегрируется в течение известного времени T_И, соответственно получается напряжение на первом этапе

Данное выражение приведено для классического RC интегратора, где RC – постоянная времени интегратора.

На вход интегратора подается опорное напряжение, имеющее полярность, противоположную U_X, и интегрируется до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора снова не станет равным нулю.

Время второго интегрирования замеряют.

,

при этом - временной интервал, пропорциональный входному напряжению.

Таким образом, измеряемое время второго интегрирования прямо пропорционально входному напряжению и не зависит от компонентов, используемых в интеграторе.

Достоинство данного метода в том, что точность метода зависит только от T_И и U_ОП. Сформировать высокоточное опорное напряжение, задача достаточно не сложная, а измерение и формирование эталонных интервалов времени для современного уровня развития техники является самыми точными решаемыми задачами.

Недостаток метода – относительно большое время интегрирования.

Структурная схема устройства, реализующего данный метод приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Структурная схема вольтметра двойного интегрирования

Измерение начинается с прихода сигнала «Пуск» на устройство управления. УУ коммутирует ключ 1 в первое положение, сбрасывает счетчик и подает сигнал логической единицы на элемент «И». Начинает выполняться первый этап интегрирования. Чаще всего УУ делается на микропроцессоре, который может отсчитывать эталонные интервалы времени, но для повышения точности для формирования эталонного интервала времени выгоднее использовать ГОЧ. Поэтому первый этап длится до тех пор, пока не наступит переполнение в блоке счетчиков. Сигнал переполнения сообщает УУ, что первый этап закончился. УУ переключает ключ 1 во второе положение, а ключ 2 в такое положение, чтобы полярность опорного источника напряжения была противоположна полярности измеряемого напряжения. Полярность входного напряжения легко определяется по состоянию выхода устройства сравнения во время первого этапа интегрирования. Второй этап длится до тех пор, пока УС не переключится в противоположное состояние. Насчитанное счетчиком число во время второго этапа, а, следовательно, пропорционально входному напряжению. После завершения второго этапа УУ подает 0 на элемент «И» и стробирует запись информации со счетчиков в блок регистров – дешифраторов. Временные диаграммы поясняющие работу данного вольтметра приведены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Временные диаграммы поясняющие работу вольтметра двойного интегрирования

Основные погрешности в вольтметрах данного вида вносят нестабильность опорного напряжения, нестабильность ГОЧ, нестабильность порога УС. Ввиду того, что ключи 1 и 2 выполняются в аналоговом виде, то на точность влияют остаточные параметры аналоговых ключей. С помощью данного метода строят вольтметры, имеющие погрешность от 0,02 до 0,005 %.