Неинтегрирующий цв

Типовую структурную неинтегрирующего ЦВ с время-импульсным преобразованием можно представить в следующем виде (рисунок 2.21):

Рисунок 2.21 – Структурная схема неинтегрирующего ЦВ с время-импульсным преобразованием

Синхронная работа всех узлов ЦВ обеспечивается с помощью управляющего устройства (УУ). При этом управление может быть как ручным так и автоматическим. В первом случае измерения будут однократными, а во втором – периодически повторяющимися с определенным тактом. Тактовый импульс УУ, как видно из рисунка 2.21, сбрасывает на нуль показание счетчика, полученное во время предыдущего такта, и запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН). Напряжение этого генератора сравнивается спри преобразовании его во временной интервал. Это сравнение производится в сравнивающих устройствах (компараторах)и. Компаратор имеет уровень срабатывания , а– (+). Зарисуем временные диаграммы, поясняющие принцип работы вольтметра (рисунок 2.22):

Рисунок 2.22 – Временные диаграммы, поясняющие принцип работы

вольтметра.

При =срабатываети образуется старт-импульс, который открывает селектор. Счетчик начинает считать импульсы, поступающих через открытый селектор от генератора счетных импульсов (ГСИ). Эти импульсы следуют с периодом, определяющим шаг квантования в данной схеме ЦВ. В момент равенства= (+) срабатываети образуется стоп-импульс, который закрывает селектор. Подсчет импульсов прекращается. Счетчик фиксирует некоторое число импульсов N, которое по команде УУ подается в отсчетное устройство (ОУ) и на его табло воспроизводится результат измерения в цифровой форме. Как видно из эпюр, измеряемое напряжениепреобразовалось в интервал времени. При этом=, где. В свою очередь. В результате. Прии показание счетчика прямо пропорционально, т.е. мы получаем прямоотсчетный ЦВ.

Из рисунков 2.21 и 2.22 хорошо видны основные источники погрешностей этих вольтметров.

• погрешность дискретности. Она составляет ±1 единицу младшего разряда счета;

• погрешность меры (), в качестве которой в современных типах ЦВ применяют кварцевые ГСИ;

• погрешность преобразования в, определяемая нелинейностью() и погрешностью компараторов (временное положение старт и стоп импульса). Применение двух компараторов позволяет исключить с помощьюU₀ начальный нелинейный участок и значительно компенсировать нестабильность характеристик самих компараторов;

• погрешность за счет наложения на гармонической помехис амплитудой. В неблагоприятном случае эта погрешность может оказаться равной/. Поэтому в этих ЦВ должны предусматриваться меры повышения помехозащищенности.

Эти меры реализуются в интегрирующих ЦВ с аналоговым интегрированием и усреднением результатов измерений.

Интегрирующие цв с аналоговым интегрированием

В интегрирующих цифровых вольтметрах (ИЦВ) с аналоговым интегрированием на каждом цикле измерения определяется значение измеряемого напряжения за определенный фиксированный интервал времени (т.н. интервал интегрирования). Благодаря этому в значительной степени ослабляется влияние на результат измерения различных помех и дестабилизирующих факторов. В ИЦВ с время-импульсным преобразованием можно реализовать следующие способы аналогового интегрирования:

• двухтактное интегрирование (его называют ещё двойным, двукратным, двухшаговым и поочередным интегрированием);

• двухтактное интегрирование с переменной крутизной;

• нониусное измерение временного интервала;

• применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

В промышленных типах ИЦВ наиболее часто применяется двухтактное интегрирование, поэтому мы его реализацию и рассмотрим в качестве примера ИЦВ с аналоговым интегрированием.

Упрощенную структурную схему такого ИЦВ можно представить в следующем виде (рисунок 2.23):

Рисунок 2.23 – Структурная схема ИЦВ с двухтактным интегрированием

Как видно из рисунка 2.23, тактовый импульс УУ («Старт») сбрасывает на ноль предыдущее показание счетчика, через триггер Тг1 (триггер начала и конца счета) запускает ГСИ, а через триггер Тг2 замыкает ключ Кл1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы этой схемы, приведены на рисунке 2.24:

Рисунок 2.24 – Временные диаграммы, поясняющие работу вольтметра

В результате этих коммутаций измеряемое напряжение поступает на вход интегратора (ИНТ) и начинается разряд его интегрирующего конденсатора от начального (опорного) уровняс постоянной времени разряда(момент времени). Процесс разряда продолжается до момента времени, который соответствует поступлению на счетчик-го импульса ГСИ. Этот импульс (импульс переполнения) возвращает счетчик в исходное состояние, а через триггеры Тг2 и ТгЗ размыкает ключ Кл1 и замыкает ключ Кл2. Работа ИНТ в промежуток времени (), который является первым тактом интегрирования, может быть описана уравнением

(2.5)

Число зафиксированных счетчиком импульсов равно

(2.6)

В момент времени ко входу интегратора подключается источник постоянного образцового напряжения, которое имеет полярность обратную полярности. Начинается заряд интегрирующего конденсатора ИНТ отс постоянной заряда опять же. Это второй такт интегрирования. Процесс продолжается до момента времени, когдаи может быть описан уравнением:

(2.7)

В момент времени срабатывает компаратор К и образуется стоп-импульс, который через Тг1 останавливает ГСИ, а через ТгЗ размыкает ключ Кл2. Счетчик фиксирует число импульсовN, равное

, (2.8)

где – период следования импульсов ГСИ.

В результате из полученных уравнений (2.36)…(2.39) можем получить, что

, (2.9)

т.е. при постоянных ии мы опять получаем прямоотсчетный ЦВ.

При этом результат измерения, как видно из последнего выражения (2.9), не зависит от стабильности параметров интегратора, а при (), равном целому числу периодов помехи, которой чаще всего является напряжение сети или его гармоники, он будет свободен от погрешности за счет, так как в этом случае. Этим и обеспечивается, наряду с высокой точностью, высокая помехозащищенность ИЦВ.

Диапазон измеряемых напряжений от долей микровольт до сотен вольт, входное сопротивление десятки мегаом, подавление помехи до 60 дБ.