6. Кодово-импульсный метод (метод поразрядного кодирования)

В основе этого метода лежит РПП, выходы которого подключены к ЦАП, выход которого в свою очередь, подключен ко входу компаратора. На второй вход компаратора подается измеряемое напряжение. Выход компаратора подается на вход результата сравнения РПП.

Погрешность определяется качеством ЦАП, аналогового компаратора и стабильностью .

Вольтметры, использующие этот метод, имеют погрешность от 0,05% до 0,001%.

7. Комбинированный метод преобразования

За счет аппаратурной избыточности происходит повышение точности, разрешающей способности и быстродействия. Совмещение двух и более методов в одном вольтметре необходимо для исключения недостатков каждого метода в отдельности.

Наиболее широкое распространение на практике получил интегропотенциометрический метод, который совмещает частотно-импульсный и кодово-импульсный методы (рисунок 2.9).

ВС – входной смеситель; - преобразователь напряжения в частоту; ВУ - входное устройство

Рисунок 2.9 – Структурная схема интегропотенциометрического вольтметра

Измерение начинается с прихода сигнала СТАРТ. УУ коммутирует входной смеситель таким образом, чтобы просто пропускать U_X. U_X преобразовывается в частоту с помощью простого, дешевого и неточного блока преобразователя, и выходные импульсы подаются на счетчик через элемент И. Таким образом, в конце первого этапа счетчик хранит число пропорциональное входному напряжению, но с достаточно большой погрешностью. Это число преобразуется с помощью ЦАП в аналоговое напряжение и начинается второй этап преобразования. ВС настраивается таким образом, чтобы на выходе формировать разницу между напряжением на выходе ЦАП и U_X. Получившаяся разница вновь преобразуется в частоту, и счетчик досчитывает некоторое количество импульсов, т.е. на втором этапе выполняется компенсация погрешностей первого этапа. С использованием двухэтапного измерения и аппаратной избыточности удается компенсировать погрешность и получить ее значения порядка 0,0001%.

2. Автоматизация измерений

В цифровых вольтметрах автоматизации подлежат следующие процессы:

управление процессом измерения;

выбор предела измерения;

установка нуля;

калибровка;

определение неисправностей и их диагностика и сообщение;

определение и индикация полярности;

дистанционное программное управление видом измерения и родом работы;

запуск прибора;

автоматизация времени измерения, как по длительности, так и по началу измерений;

обработка результатов измерений.

1. Автоматизация выбора предела (авп) измерений

В основе всех схем выбора предела измерений лежит метод изменения чувствительности. Общая структурная схема для реализации АВП измерения представлена на рисунке 10.

БПЭ – блок переключающих элементов; ИП – индикатор предела

Рисунок 2.10 – Общая структурная схема АВП

Входной сигнал, проходя через ВУ, изменяется в k раз, причем перед началом поиска предела k заранее известно. k· U_X сравнивается УС с константным опорным напряжением. Если заранее заложенное условие в УУ не выполняется, УУ коммутирует БПЭ, чтобы изменить k таким образом, чтобы k· U_X стремилось к выполнению заложенного условия. Постепенное изменение k в нужном направлении продолжается до тех пор, пока не выполнится заложенное условие. При выполнении условия требуемый предел найден. Его отображает ИП.

Существует три типа алгоритмов выбора предела:

c постепенным увеличением чувствительности прибора;

с постепенным уменьшением чувствительности прибора;

с реверсивным изменением чувствительности прибора.

Тип 1. При этом типе АВП прибор сам начинает перебирать пределы с предела с наименьшей чувствительностью. На рисунке 2.11 представлена структурная схема с возможной реализацией данного метода.

Рисунок 2.11 - Структурная схема АВП с постепенным увеличением чувствительности

Начало работы всей схемы – это подача сигнала на вход сброса счетчика на выходах Q0-Qn. Появляются логические 0 и, следовательно, активный уровень появляется на входе Y0 дешифратора. Замыкается ключ возле резистора R2, при этом для ВУ выбирается минимальный коэффициент усиления. УС работает следующим образом. Если U_ОП. больше, чем k·U_X, то на выходе формируется логическая единица, в противном случае логический 0. Если при k_min k·U_X сразу больше, чем U_ОП., то дальнейший поиск предела не ведется, используется данный предел, иначе, на входе УС логическая единица, которая разрешает прохождение импульсов частотой f₀ через элемент И на счетный вход счетчика. Счетчик считает на увеличение и, следовательно, активный уровень на выходах дешифратора перемещаемый от Y0 к Y1, далее к Y2 и т.д. Соответственно в схеме попеременно подключены резисторы R3, R4 и т.д. постепенно увеличивая коэффициент k. Это продолжается до тех пор, пока при очередном k k·U_X не превысит U_ОП, и счет не остановится.

Недостатком схемы является большое количество прецизионных резисторов, а так же относительно большое время нахождения требуемого предела.

Второй тип аналогичен первому за исключением того, что сравнение начинается с максимальной чувствительности, т.е. с максимального коэффициента k. Для этого входы УС меняются местами, а кроме того, меняются местами выходы дешифратора.

Для схемы 3. ставится реверсивный счетчик и два устройства сравнения. Одно устройство сравнивает сигнал с выхода усилителя с верхним значением напряжения для предела, другое – с нижним значением напряжения для предела. По результатам сравнения счетчик считает либо на увеличение, либо на уменьшения, пока не будет выполнено неравенство

,

где U_Н - нижний предел;

U_В - верхний предел.

Такая модификация схемы позволяет уменьшить время нахождения требуемого предела измерения, т.к. новый поиск предела начинается не с 0, а от предыдущего предела.