5.5. Цифровые измерительные приборы

На рис.5.1 приведена структурная схема цифрового прибора на примере цифрового вольтметра постоянного тока, состоящая из мультивибратора, генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), блока сравнения входных сигналов по напряжению, высокочастотного генератора, селектора отбора высокочастотных сигналов, счётчика импульсов и цифрового индикатора.

Рис.5.1. Структурная схема цифрового вольтметра постоянного тока

На рис.5.2 приведена совмещенная временная диаграмма работы различных блоков структурной схемы цифрового вольтметра, поясняющая работу прибора. Мультивибратор формирует отрицательные импульсы напряжения с периодом повторения Т. Импульсы одновременно включают генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). В блоке сравнения линейно-нарастающее напряжение сравнивается с измеряемым постоянным напряжением . Через интервал времени от начала запуска ГЛИН напряжения сраняются, то есть . В этот момент времени с выхода блока сравнения положительный импульс напряжения , поступает на вход селектора и прекращает связь между выходом высокочастотного генератора и входом счетчика. Таким образом, в цифровом вольтметре измеряемое напряжение сначала преобразуется в пропорциональный интервал времени , а затем этот интервал времени преобразуется в счётчике в пропорциональное интервалу число импульсов , которое фиксируется цифровым индикатором.

5.6. Логометры

Логометрами называют приборы, угол поворота измерительных механизмов которых зависит от отношения токов. В логометрах положение равновесия подвижной части определяется отношением токов в двух обмотках прибора и не зависит от питающего напряжения. При этом вращающий и противодействующий моменты создаются электрическим путём. Упрощенная схема магнитоэлектрического логометра для измерения сопротивления изображена на рис.5.3.

Рис.5.2. Совмещенная временная диаграмма работы блоков цифрового вольтметра

Подвижная часть прибора состоит из двух катушек, установленных на общей оси со стрелкой и жестко скрепленных между собой под некоторым углом. Ток в подвижные катушки подводится через три серебряные спирали, не создающие механического момента. При отсутствии токов подвижная часть прибора находится в равновесии.

Подвижные катушки присоединяются к источнику ЭДС и сопротивлениям: R, смонтированному внутри прибора, и , измеряемому сопротивление внутри прибора.

Токи, проходящие по катушкам прибора, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создают два момента, воздействующих на неподвижную часть: – вращающий и – противодействующий. Эти моменты противоположны по направлению, причем поворот подвижной части по направлению одного из моментов вызывает уменьшение этого момента, так как создающая этот момент катушка входит в разряженную часть магнитного поля и одновременно увеличивается момент противоположного направления.

Рис.5.3. Упрощенная схема магнитоэлектрического логометра

Таким образом, автоматически устанавливается равновесие моментов и любому отношению токов в катушках соответствует некоторое положение равновесия при определенном отклонении стрелки прибора. Следовательно, угол отклонения стрелки прибора зависит от отношения токов в катушках .

Так как токи в параллельных ветвях обратно пропорциональны сопротивлениям, т.е. , а сопротивление R известно, то угол поворота стрелки прибора зависит только от измеряемого сопротивления и на него влияет напряжение источника. Поэтому шкала прибора может быть градуирована в единицах сопротивления и тогда логометр станет омметром. Если измеряемое сопротивление изготовлено из проводника с большим температурным коэффициентом, то этот же прибор можно использовать в качестве электрического термометра. Аналогично прибор можно использовать для измерения сдвига фаз, давления и других величин.