6. Інтегруючі цифрові вольтметри постійного струму із частотно- імпульсним перетворенням

У інтегруючому ЦВ здійснюється перетворювання напруги UX у частоту слідування імпульсів fх. Вольтметр містить інтегратор – пристрій, вихідна напруга Uінт. якого пропорційна інтегралу в часі від вхідної напруги,

де k – постійна інтегрування.

Тут ППС – підсилювач постійного струму;

ФІЗЗ – формувач імпульсів зворотнього зв’язку;

ПП – пристрій порівняння;

ДОН – джерело опорної напруги.

Напруга Ux, яка вимірюється, подається на пристрій порівняння ПП, на другий вхід якого надходить напруга Uo із джерела опорної напруги ДОН. У момент рівності вихідної напруги інтегратора Uінт та напруги Uo пристрій порівнювання вмикає формувач імпульсів зворотнього зв’язку, який формує на протязі інтервала часу tзз імпульс амплітудою Uзз постійної площі, яка не залежить від Ux. Цикл працювання формувача визначається інтервалом часу Тх = tінт + tзз , який залежить від значення напруги Ux. Для процесу заряда та розряда інтегратора справедливий вираз:

де R1C = 1;

R2C = 2;

для прямокутної форми імпульса амплітудоюUЗЗ:

де

Отже, рівняння перетворювання можна записати у вигляді:

тобто параметри перетворювача“напруга-частота” не залежать від С та Uo і визначаються тільки співвідношенням опорів інтегратора та стабільністю площі імпульса зворотнього зв’язку. Частота слідування імпульсів зворотнього зв’язку вимірюється за суворо визначений інтервал часу цифровим частотоміром. Подібні схеми забезпечують похибку не більше 0.1 %.

7. Цв змінного струму

Цифрові вольтметри змінного струму будуються по принципу перетворювання змінної напруги у постійну, яка потім вимірюється вольтметром постійного струму. Перетворення U~ / U— виконується перетворювачами середньовипрямленого, середньоквадратичного та амплітудного значень, які застосовуються у електроних вольтметрах.

В універсальних ЦВ у режимі вимірювання напруги використовують претворювачи середньовипрямленої напруги із фільтром та підсилювачем, що охоплений глибоким від’ємним зворотнім зв’язком (ВЗЗ). Інформація про значення величини, що вимірюється, виводиться на пристрій відліку у середньоквадратичних значеннях синусоїдальної напруги. Частотний діапазон роботи таких вольтметрів 20Гц ÷ 20 кГц.

Також є ЦВ, у яких два перетворювачи:

а) середньовипрямленого значення для виміряної напруги частотою 20 Гц ÷20 кГц;

б) амплітудного значення для виміряної напруги частотою 20 кГц ÷100 МГц.

Похибка ЦВ змінного струму значно більше ніж у ЦВ постійного струму та залежить від частотного діапазону напруги, що вимірюється.

8. Цифрові прилади для вимірювання r,c та l

Ці прилади поділяються на 2 основні групи: прилади, у яких для вимірювання опору використовується мостова схема, та прилади, у яких виміряний опір перетворюється у пропорційну йому напругу. Цифрові вольтметри першої групи використовують метод порозрядного врівноважування та будуються по схемам, які аналогічні відповідним вольтметрам. Прилади другої групи мають більш простий устрій і можуть забезпечувати високу швидкодію та зручні у експлуатації.

Розглянемо функціональну схему та часові діаграми такого прилада:

При надходженні імпульса запуска UЗ відкриваються ключі К1 та К2. На вхід пристрою порівняння подається опорна стабілізована напруга UR, яка знімається з резистора R1 дільника, та напруга UC вимірювального конденсатора Со. Цей конденсатор заряджається через опір Rx, що вимірюється, від джерела стабілізованої напруги Uo.

Опорна напруга береться рівною

що забезпечується визначенним співвідношенням опорів дільника :

Одночасно через ключ К2 на лічільник починають надходить імпульси від генератора імпульсів ГІ. Напруга на вимірювальному конденсаторі збільшується по експоненціальному закону:

де  = Rx Co – постійна часу.

Напруга на конденсаторі зростає до тих пір, поки вона не буде рівна напрузі UR. У момент рівності ПП закриває ключ К2 і надходження імпульсів на лічільник припиняється. Отримуємо рівність:

отже

Таким чином кількість імпульсів опорної частоти fo, які приходять на лічільник за час відкритого ключа, пропорційна виміряному опору, так як

 = N To = Rx Co,

звідки

На цьому ж принципі засновано і вимірювання ємності з тією лиш різницею, що відомою величиною є не ємність, а опір. При вимірюванні індуктивності замісь ланцюга RC використовується ланцюг RL.