Измерение постоянных напряжений цифровыми вольтметрами
ЦВ – прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.
Структурная схема:
Ux= |
|
|
|
|
КОД |
|
||
ВУ |
|
|
АЦП |
ЦИ |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АЦП – преобразование измеряемой непрерывной (аналоговой) величины в цифровой код ( дискретизация измеряемой величины, квантование ее по уровню и цифровое кодирование)
В зависимости от структурной схемы АЦП
• вольтметры с прямым преобразованием без
обратной связи;
• вольтметры с уравновешивающим
(компенсационным) преобразованием с отрицательной обратной связью.
В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования выделяют ЦВ:
•с время - импульсным преобразованием;
•с частотно - импульсным преобразованием;
•с кодо - импульсным преобразованием.
ЦВ с время-импульсным преобразованием
Принцип работы - преобразование измеряемого напряжения Ux в пропорциональный интервал времени Δt, длительность которого определяется путем заполнения импульсами опорной частоты и подсчета числа этих импульсов N с помощью счетчика.
Типовая структурная схема вольтметра мгновенного значения |
||||
(неинтегрирующего): |
|
|
|
|
ГЛИН |
К1 |
|
|
|
Селектор |
Счетчик |
ОУ |
||
|
||||
|
К2 |
|
|
|
|
ГСчИ |
|
|
|
УУ |
|
|
|
|
U |
|
|
Uл |
U x k tx |
|
Ux= |
+ U0 |
dU л |
|||
|
|
||||
|
U0 |
|
|
k dt |
|
|
|
|
t |
tx N Tсч |
|
|
|
Δtx |
t |
Ux k Tсч N Kв N |
|
|
|
|
|||
|
|
|
t |
Kв k Tсч const |
|
|
|
Tсч |
|
||
|
|
|
Kв 10 m |
||
|
|
|
|
Источники погрешностей:
погрешность, обусловленная нелинейностью образцового напряжения Uл и нестабильностью скорости его нарастания
( δUл );
погрешность из-за нестабильности частоты ГСчИ (δГСчИ);
погрешность дискретности, равная единице младшего разряда ( ± 1 / N ) ;
погрешность за счет входной гармонической помехи.
ЦВ с частотно-импульсным преобразованием
Принцип работы - преобразование измеряемого напряжения в пропорциональную ему значение частоты следования импульсов, а затем в цифровой код.
Это вольтметры прямого преобразования.
ЦВ с частотно-импульсным преобразованием – интегрирующие ЦВ (т.к. измерение частоты всегда производится за некоторый интервал времени,
Основные функциональные узлы:
ПНЧ – преобразователь напряжения в частоту и цифровой частотомер
Структурная схема :
Ux= |
|
|
|
|
fx |
|
||
ВУ |
|
|
ПНЧ |
Частотомер |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
цифровой |
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fx K Ux
Tи |
Tи |
N fx dt fx dt K Tи U x |
|
0 |
0 |
Tи – время измерения
В зависимости от метода преобразования Ux= → fx
все схемы ПНЧ подразделяются на 2 группы:
1.с непосредственным преобразованием ;
2.с косвенным преобразованием .
ПНЧ с непосредственным преобразованием
Упрощенная структурая схема
|
|
|
|
|
|
U0 |
||
Ux= |
|
Uинт |
|
|
fx |
|||
|
|
|
||||||
Интегратор |
Компаратор |
|||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ООС
U
|
U0 |
|
Uинт |
Uинт 1 |
Tинт |
|
||
|
|
|
t |
U x dt |
|
tос |
|
0 |
|
|
t
Тинт |
Tx |
Частота импульсов fx определяется интервалом времени
Tx = Тинт + tос , т.е. пропорциональна напряжению Ux=