8.3. Классификация цип

В зависимости от способа преобразования аналоговой величины в цифровой код ЦИП делятся на следующие группы:

• ЦИП последовательного счета, отличительным признаком которых является то, что измеряемая величина непосредственно преобразуется в число – импульсный код;

• в ЦИП последовательного приближения происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины с квантованной величиной, изменяющейся во времени скачками по определенному закону; значение квантованной величины, при котором наступает ее равенство с измеряемой величиной, соответствует номеру уровня квантования;

• в ЦИП считывания происходит одновременное сравнение измеряемой величины с известными величинами, значения которых равны уровням квантования; величина, равная измеряемой, дает номер отождествляемого уровня, в соответствии с которым образуется код.

По измеряемой величине ЦИП подразделяют на вольтметры, частотомеры, фазометры, омметры и т.д. Кроме того, все ЦИП делят на группы по точности, быстродействию, надежности.

8.4. Цип последовательного счета

Достоинствами ЦИП последовательного счета являются сравнительная простота реализации и достаточно высокая точность.

Цифровой измеритель интервалов времени (хронометр) содержит генератор импульсов стабильной частоты (ГИ), электронный ключ (ЭК), пересчетное устройство (ПУ), отсчетное устройство (ЦОУ) и RS – триггер (рис. 8.6).

После подачи питающего напряжения все триггеры ПУ и RS –триггер устанавливаются в нулевые состояния, а генератор импульсов начинает генерировать импульсы с частотой f_и. Начало измерения определяется подачей на S – вход триггера положительного импульса («Старт»). При этом триггер переходит в единичное состояние, своим выходным напряжением открывает ключ, и импульсы с выхода генератора поступают на пересчетное устройство. После прихода стоп-импульса на R – вход триггера последний возвращается в нулевое состояние, ключ закрывается и счет импульсов прекращается.

Рис. 8.6. Измеритель интервалов времени

Число поступивших в ПУ импульсов связано с частотой и интервалом времени соотношением

,

откуда

. (8.1)

Точность прибора определяется в основном стабильностью частоты генератора и может быть достаточно высокой.

В частотомере, в отличие от хронометра, переменной величиной является частота импульсов, а постоянной – временной интервал. Помимо ключа и пересчетного устройства, прибор содержит импульсный преобразователь и датчик временных интервалов (ДВИ), представленный на рис. 8.7, а.

Между измеряемой частотой и числом подсчитанных за время Т₀ импульсов существует очевидное соотношение

.

Погрешность прибора обусловлена погрешностями квантования и формирования временного интервала.

Рис. 8.7. Цифровой частотомер

Вольтметр последовательного счета. Принцип построения вольтметров последовательного счета основан на преобразовании измеряемого напряжения во временной интервал или в частоту и последующем их измерении известными способами.

На рис. 8.8 представлена функциональная схема вольтметра с преобразованием напряжения во временной интервал. Работа прибора иллюстрируется диаграммами (рис. 8.9). Запуск прибора осуществляется стартовым импульсом «изм.», подаваемым на S – вход триггера (момент времени t₁ на рис. 8.9). При этом триггер переключается в единичное состояние, открывая ключ ЭК и запуская ГЛИН. В момент t₂ и с выхода ГЛИН на R – вход триггера поступает импульс «стоп»; счет импульсов прекращается.

Интервал, в течение которого импульсы с ГИ поступают в пересчетное устройство, равен

,

где N – число подсчитанных импульсов.

Рис. 8.8. Цифровой вольтметр последовательного счета

Рис. 8.9

Поскольку , то

, (8.2)

где – коэффициент, характеризующий скорость возрастания напряжения U_лин. Помимо погрешности квантования, характерной для всех цифровых приборов, суммарная погрешность вольтметра содержит следующие составляющие:

• погрешность порога срабатывания СУ;

• погрешность нестабильности ГИ;

• погрешность нелинейности ГЛИН.

Последняя составляющая практически определяет точность этих приборов. У лучших образцов вольтметров суммарная погрешность не превышает  0.05%.

Недостатком вольтметров последовательного счета является чувствительность к помехам, в частности, вызванным влиянием промышленной частоты 50 Гц. Для снижения погрешности, вызванной помехами, на входе прибора устанавливают фильтры, которые, однако, снижают его быстродействие.

От влияния помех свободны частотно-импульсные (интегрирующие) вольтметры, в основе которых лежит иной принцип преобразования.