27.Электронные вольтметры постоянного напряжения.

28.Электронные вольтметры переменного напряжения.

29-30

31.Цифровые вольтметры и их общие свойства.

Цифровым называется электронный вольтметр, в котором используется цифровой метод измерения напряжения с его цифровой индикацией. Для цифровых вольтметров (ЦВ) характерны высокая точность и широкий диапазон измеряемых напряжений, возможность автоматического выбора шкал и полярности, а также универсальность и легкость превращения их в измерители сопротивлений или измерители отношений двух напряжений. В настоящее время широко используются ЦВ постоянного тока, а также универсальные (для измерения постоянных и переменных напряжений) и импульсные. Классификация всех типов ЦИП и в частности ЦВ определяется в зависимости от схемы АЦП и метода преобразования в код [7, 15]. В соответствии с этим, различают ЦВ с времяимпульсным, кодоимпульсным и частотноимпульсным преобразованиями. В ЦВ с времяимпульсным преобразованием используется АЦП типа ПНВ, т. е. преобразователь напряжение – время [16], в ЦВ с кодоимпульсным – АЦП, функционирующий по принципу компенсационного поразрядного уравновешивания, в ЦВ с частотноимпульсным преобразованием – АЦП типа ПНЧ, то есть преобразователь «напряжение-частота». Кроме того, в зависимости от вида и сложности структурной схемы АЦП цифровые вольтметры подразделяют на ЦВ прямого и уравновешивающего преобразования (рис. 40); в свою очередь, ЦВ уравновешивающего преобразования делят на вольтметры развёртывающего (циклического) и следящего преобразования.

а)  б)  Рис. 40. Структурные схемы цифровых вольтметров: а – прямого преобразования; б – уравновешивающего преобразования

Для измерения переменных напряжений в структурную схему ЦВ включают предварительный преобразователь. В настоящее время широко применяются универсальные ЦВ (мультиметры), содержащие дополнительно измерительные преобразователи (датчики) тока, сопротивления, ёмкости, температуры и других физических величин в пропорциональное напряжение постоянного тока. При проектировании, т. е. выборе схемы и расчёте основных узлов цифровых вольтметров необходимо четко представлять принцип работы, недостатки и преимущества выбранных приборов. Поэтому рассмотрим основные варианты построения структурных схем вышеупомянутых ЦВ.

32. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

Аналого-цифровое преобразование – это процесс преобразования входной физической величины в ее числовое представление. Аналого-цифровой преобразователь – устройство, выполняющее такое преобразование. Формально, входной величиной АЦП может быть любая физическая величина – напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота следования импульсов, угол поворота вала и т.п. Однако, для определенности, в дальнейшем под АЦП мы будем понимать исключительно преобразователи напряжение-код. Понятие аналого-цифрового преобразования тесно связано с понятием измерения. Под измерением понимается процесс сравнения измеряемой величины с некоторым эталоном, при аналого-цифровом преобразовании происходит сравнение входной величины с некоторой опорной величиной (как правило, с опорным напряжением). Таким образом, аналого-цифровое преобразование может рассматриваться как измерение значения входного сигнала, и к нему применимы все понятия метрологии, такие, как погрешности измерения. Основные характеристики АЦП АЦП имеет множество характеристик, из которых основными можно назвать частоту преобразования и разрядность. Частота преобразования обычно выражается в отсчетах в секунду (samples per second, SPS), разрядность – в битах. Современные АЦП могут иметь разрядность до 24 бит и скорость преобразования до единиц GSPS (конечно, не одновременно). Чем выше скорость и разрядность, тем труднее получить требуемые характеристики, тем дороже и сложнее преобразователь. Скорость преобразования и разрядность связаны друг с другом определенным образом, и мы можем повысить эффективную разрядность преобразования, пожертвовав скоростью. Типы АЦП Существует множество типов АЦП, однако в рамках данной статьи мы ограничимся рассмотрением только следующих типов: - АЦП параллельного преобразования (прямого преобразования, flash ADC)

-АЦП последовательного приближения (SAR ADC)

-дельта-сигма АЦП (АЦП с балансировкой заряда) Существуют также и другие типы АЦП, в том числе конвейерные и комбинированные типы, состоящие из нескольких АЦП с (в общем случае) различной архитектурой. Однако приведенные выше архитектуры АЦП являются наиболее показательными в силу того, что каждая архитектура занимает определенную нишу в общем диапазоне скорость-разрядность. Наибольшим быстродействием и самой низкой разрядностью обладают АЦП прямого (параллельного) преобразования. Например, АЦП параллельного преобразования TLC5540 фирмы Texas Instruments обладает быстродействием 40MSPS при разрядности всего 8 бит. АЦП данного типа могут иметь скорость преобразования до 1 GSPS. Здесь можно отметить, что еще большим быстродействием обладают конвейерные АЦП (pipelined ADC), однако они являются комбинацией нескольких АЦП с меньшим быстродействием и их рассмотрение выходит за рамки данной статьи. Среднюю нишу в ряду разрядность-скорость занимают АЦП последовательного приближения. Типичными значениями является разрядность 12-18 бит при частоте преобразования 100KSPS-1MSPS. Наибольшей точности достигают сигма-дельта АЦП, имеющие разрядность до 24 бит включительно и скорость от единиц SPS до единиц KSPS. Еще одним типом АЦП, который находил применение в недавнем прошлом, является интегрирующий АЦП. Интегрирующие АЦП в настоящее время практически полностью вытеснены другими типами АЦП, но могут встретиться в старых измерительных приборах.

33.ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С КОДОИМПУЛЬСНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ.

По способу преобразования различают ЦВ с кодоимпульсным (поразрядным кодированием, взвешиванием), с время- и частотно-импульсными преобразованиями. В ЦВ с кодоимпульсным преобразованием происходит последовательное сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону. Цифровой вольтметр с кодоимпульсным преобразованием называют еще вольтметром поразрядного кодирования.

Преобразование непрерывной аналоговой величины в цифровой экви­валент — код — осуществляется с помощью аналого-цифровых преобра­зователей (АЦП). Изме­ряемая величина может быть представлена в виде механического переме­щения (углового или линейного) либо в виде электрической величины.

Преобразование перемещений в код. В основу преобразователей этого типа [5] положены два метода: метод пространственного кодирования и метод последовательного счета. При методе пространственного кодиро­вания кодирующее устройство представляет собой маску, воспроизводя­щую требуемый код. Маска перемещается вместе с контролируемым объектом относительно считывающего устройства вращательно или поступательно. Выполнение маски и процесс считывания с нее показаний были рассмотрены в гл. 3. При методе последовательного счета подсчитывается число элементарных линейных перемещений, кото­рое затем представляется в виде кода. Схема преобразователя перемеще­ния в коде различением знака в зависимости от направления перемещения представлена на рис. 13.10. Два источника света падают на фотоэлементы Л и 5 (рис. 13.10, а). Контролируемый механизм в виде линейки с темными и светлыми участками, пропускающими свет, может передвигаться влево и вправо.

В описанных АЦП цифры (0 или 1) в разрядах выходного кода могут в процессе преобразования многократно изменяться, так как устанавливаются в ходе постепенного накопления числа в счетчике.

При рассматриваемом преобразовании формируемый код последовательно приближается к своему полному выражению: вначале определяется цифра в старшем n-ом разряде, затем в (n–1)-ом и т.д. до младшего разряда.

Такая возможность формирования основана на свойствах натурального двоичного кода: веса единиц в соседних разрядах отличаются вдвое; единица в старшем разряде имеет вес, больший половины веса всего кода; единица в соседнем разряде имеет вес, больший четверти веса всего кода, и т. д. Поэтому для определения цифры в старшем разряде формируемого кода надо сравнить Uвх с 0,5Um – половиной максимального для данного АЦП значения Uвх. Если окажется, что Uвх<0,5Um, то в старшем разряде кода – цифра 0, и дальнейшее сравнение Uвх надо производить с 0,25Um. Если же Uвx>0,5Um, то в старшем разряде кода цифра 1; при этом последующее сравнение следует производить с (1/2+1/4)Um и т.д.

На рис. 10.8 изображена схема устройства, реализующая изложенный принцип. Код, соответствующий выборке входного аналогового сигнала, формируется на выходах регистра кода РК. В каждый разряд этого регистра, начиная со старшего разряда, по входам S последовательно записывается логическая 1 с соответствующего выхода сдвигового регистра РС. Одновременно она поступает на верхний (по схеме) вход конъюнктора К, принадлежащий данному разряду РК.Каждая записанная 1 “испытывается” на соответствие выборке входного сигнала. Для этого код с выходов РК в процессе формирования преобразуется цифроаналоговым преобразователем в напряжение (UЦАП), которое сравнивается на аналоговом компараторе с выборкой преобразуемого напряжения Uвх.

Если Uвх>UЦАП, то на выходе компаратора присутствует логический 0, и после конъюнкторов Кn…К1 на входах R регистра РК – логические нули, которыми разряды РК не сбрасываются: в проверяемом разряде остается записанной 1. Если Uвх<UЦАП, то на выходе компаратора логическая 1 – на обоих входах компаратора проверяемого разряда логические единицы, которыми этот разряд сбрасывается в нуль, остальные разряды кода сохраняются.

Логическая 1 на выходах РС появляется поочередно: на выходе n – с приходом тактового импульса (импульса дискретизации входного аналогового сигнала) на вход Dn, на выходах n–1, n–2,... – в момент окончания сдвигающего импульса на динамическом

входе С.

Очередной цикл преобразования выборки входного сигнала начинается с поступлением тактового импульса; кроме записи 1 в старший n-ый разряд РК он обнуляет все его остальные разряды (по второму входу R), записывает 1 по входу Dn в n-й разряд PC, а также переключает триггер циклов в состояние 1, после чего сдвигающие импульсы начинают поступать на C-вход PC. В конце

цикла (после сформирования выходного кода) логической 1 с выхода первого разряда PC триггер цикла переключается в 0 и цепь связи ГСИ–PC прерывается. С поступлением следующего тактового импульса начинается цикл преобразования следующей выборки входного сигнала.

Заметим, что АЦП называют преобразователем поразрядного кодирования.

34. Основные понятия и термины в области стандартизации.

Стандартизация - установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации (использования) и требований безопасности. Стандартизация основывается на объединенных достижениях науки, техники и передового опыта и определяет основу не только настоящего, но и будущего развития и должна осуществляться неразрывно с прогрессом.

Объектами стандартизации являются изделия, нормы, правила, требования, методы, термины, обозначения и т.п., имеющие перспективу многократного применения в науке, технике, промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, на транспорте и в связи, в культуре, здравоохранении, других сферах деятельности, а также в международной торговле.

В зависимости от формы руководства стандартизацией и сферы действия стандартов различают государственную, национальную и международную стандартизацию.

Государственная стандартизация - форма развития и проведения стандартизации, осуществляемая под руководством государственных органов по единым Государственным планам стандартизации.

Национальная стандартизация - проводится в масштабе государства без государственной формы руководства.

Международная стандартизация - проводится специальными международными организациями или группой государств с целью облегчения взаимной торговли, научных, технических и культурных связей.

Устанавливаемые при стандартизации нормы оформляются в виде нормативно-технической документации по стандартизации - стандартов и технических условий.

Стандарт - нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный (принятый) компетентными органами. Стандарт разрабатывается на основе достижений науки, техники, передового опыта и должен предусматривать решения, оптимальные для общества. Технические условия (ТУ) - нормативно-технический документ по стандартизации, устанавливающий комплекс требований к конкретным типам, маркам, артикулам продукции. Технические условия являются неотъемлемой частью комплекта технической документации на продукцию, на которую они распространяются.

Цели и задачи стандартизации

Стандартизация направлена на достижение следующих основных целей: ускорение технического прогресса; повышение эффективности общественного производства и производительности труда (в том числе инженерного и управленческого); улучшение качества продукции и обеспечение его надлежащего уровня; совершенствование организации управления и установление рациональной номенклатуры выпускаемой продукции; развитие специализации в области проектирования и производства продукции; рациональное использование производственных фондов; экономию материальных и трудовых ресурсов; обеспечение охраны здоровья населения и безопасности труда; развитие международного экономического, технического и культурного сотрудничества; создание условий для развития экспорта товаров, отвечающих требованиям мирового рынка.

Задачами и направлениями стандартизации являются:

-установление требований к качеству готовой продукции на основе стандартизации ее качественных характеристик, а также характеристик сырья

-разработка и установление единой системы показателей качества продукции, методов и средств контроля,

-установление норм, требований и методов в области проектирования и производства с целью обеспечения оптимального

-развитие унификации промышленной продукции как важнейшего условия специализации производства

-эффективности эксплуатации и ремонта изделий;

-обеспечение единства и достоверности измерений в стране, создание государственных эталонов единиц физических величин и совершенствование методов и средств измерений высшей точности;

-установление единых систем документации

-установление систем стандартов в области обеспечения безопасности труда, охраны природы и улучшения использования природных ресурсов.