3.8. Цифровая измерительная техника

АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (АЦП)

АЦП – измерительные преобразователи, назначение которых состоит в автоматическом преобразовании измеряемой аналоговой величины в дискретную, представленную в виде цифрового кода. В соответствии с методом построения все АЦП можно разделить на три группы: с время-импульсным, с частотно-импульсным и поразрядным уравно-вешиванием. В качестве примера рассмотрим структурную схему время-импульсного АЦП, применяющегося в цифровых вольтметрах постоянного тока для преобразования постоянного напряжения в цифровой код (рис. 3.26).

В момент поступления измеряемого напряжения U_x на вход преобразователя (в момент включения схемы АЦП), блок управления (БУ) запускает генератор линейно-возрастающего напряжения (ГЛИН), генератор стабильных кратковремен-ных импульсов (ГСИ) и открывает электронный ключ (Кл).

Кратковременные импульсы с ГСИ начинают поступать на счетчик импульсов (Сч) до тех пор, пока компаратор (К) не закроет электронный ключ (Кл).

Компаратор сравнивает U_x с линейно возрастающим напряжением U_к и в момент их равенства вырабатывает импульс, закрывающий электронный ключ, т.е. в этот момент прекращается доступ импульсов с генератора ГСИ.

Т.о., чем больше U_x, тем больше импульсов накапливается в счетчике импульсов. После окончания цикла преобразования блок управления списывает накопившиеся на счетчике импульсы (очищает его) и начинается следующий цикл преобразования. К недостатку такого метода следует отнести зависимость времени преобразования “ ” от величины измеряемого напряжения, т.е. требуется больше времени на операцию сравнения в компараторе. Общая приведенная погрешность рассмотренного типа АЦП составляет ~±0,1 %.

Цифровой частомер с время-импульсным преобразователем

П ринципы построения схем цифровых частотомеров такие же как и АЦП. Однако при измерении низких частот (не более сотен герц) применяют временно-импульсное преобразование измеряемой частоты в количество импульсов, при этом используется обратно пропорциональная зависимость частоты и периода (рис. 3.27).

Напряжение неизвестной частоты f_x подается на вход формирующего устройства (1), которое переменное напряжение произвольной формы преобразует в импульсную последовательность с крутыми передними фронтами. Для этой цели применяют импульсные схемы. Период импульсной последовательности сохраняется равным периоду измеряемого напряжения. Электронный ключ (2) открывается передним положительным фронтом и закрывается положительным фронтом второго импульса. Т.о. электронный ключ оказывается открытым в течение одного периода Т_х. За время Т_х от генератора стабильных кратковременных импульсов (6) на счетчик импульсов (3) поступает соответствующее длительности открытия ключа (2) число кратковременных импульсов. При этом очевидно, что число этих импульсов будет пропорционально периоду Т_х, и обратно пропорционально измеряемой частоте:

,

где f₀ – частота следования импульсов, генерируемая генератором стабильных импульсов (6). Поэтому, чем ниже частота, тем большее число импульсов пройдет на счетчик импульсов (3) и выше точность измерения частоты. Затем число импульсов N_x преобразуется в блоке (4) в десятичный код и подается на цифровое отсчетное устройство (5).