Цифровые вольтметры постоянного тока с время - импульсным преобразованием

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 23Следующая ⇒

В основу работы цифровых вольтметров постоянного тока с время - импульсным преобразованием положен время - импульсный метод преобразования напряжения постоянного тока в прямо пропорциональный интервал времени с последующим измерением длительности интервала. Измеряемое напряжение подается на входное устройство, в котором напряжение приводится с помощью делителя к номинальному пределу (10 В) и далее поступает на усилитель постоянного тока. В усилителе постоянного тока оно усиливается и преобразуется в симметричное напряжение (рис. 6.5, а). Сигналы с выходов усилителя постоянного тока, потенциалы которых связаны линейно со значением и знаком , подаются на входы устройства сравнения (двух компараторов). На вторые входы устройства сравнения подаётся линейно-падающее напряжение от генератора линейно-изменяющего напряжения. В моменты уравнивания напряжения с напряжениями и происходит два последовательных срабатывания устройства сравнения, которые следуют через промежуток времени . На выходе устройства сравнения образуется прямоугольный импульс длительностью . Этот импульс отпирает генератор счетных импульсов (образцовая частота обычно 0,8—1 МГц), импульсы с которого поступают на электронный счётчик импульсов и устройство цифрового отсчета.

На время обратного хода пилообразного напряжения генератор счетных импульсов запирается прямоугольным импульсом цикла.

Узел сброса, управляемый синххронизатором, вырабатывает отрицательный сбросовый импульс, переводящий все декады устройства цифрового отсчета перед началом прямого хода в положение 0. Длительность цикла измерения определяется синхронизатором.

Рисунок 6.5 - Схема цифрового вольтметра с время - импульсным преобразованием(а) и временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип компенсации(б)

Полярность измеряемого постоянного напряжения определяется очередностью срабатывания устройства сравнения и соответствующий сигнал «—», « + », «~» подается в устройство цифрового отсчета.

При установке нуля прибора вход усилителя постоянного тока заземляется, а при калибровке на его вход подается напряжение от встроенного внутри калибратора (источника калибровочного напряжения).

Временные диаграммы, поясняющие принцип компенсации в цифровом вольтметре с время - импульсным преобразованием, показаны на рис. 6.5, б.

В случае измерения переменного напряжения входной сигнал после делителя подается на преобразователь переменного напряжения в постоянное, а затем поступает уже на вход усилителя постоянного тока. В качестве преобразователя используется полупроводниковый детектор среднего значения.

Погрешность прибора зависит от линейности и скорости изменения компенсирующего напряжения, стабильности генератора, генератора счетных импульсов, чувствительности устройства сравнения, точности установки нуля или опорного напряжения.

Метод время - импульсного преобразования используется в вольтметрах ВК7-10А; В7-20 и др.

Один из основных недостатков вольтметров с время - импульсным преобразованием — влияние различных помех на результат измерения, в частности помех частоты 50 Гц промышленной сети. Наибольшая погрешность определяется пиковым значением напряжения помех .Для ослабления симметричных помех применяют частотно-импульсные (интегрирующие) вольтметры, которые измеряют среднеарифметическое значение напряжения за время, значительно превышающее период помехи или кратное одному или нескольким ее периодам

и вольтметры с двойным интегрированием. Из этой формулы следует, что среднеарифметическое значение напряжения за период интегрирования равно значению измеряемого постоянного напряжения без симметричной помехи.

6.4 Цифровые вольтметры постоянного тока с частотно-импульсным преобразованием (интегрирующие)

В интегрирующем цифровом вольтметре осуществляется преобразование напряжения в частоту . Преобразователь напряжения — частота — может быть выполнен на лампах, транзисторах, операционных усилителях. Вольтметр содержит интегратор — устройство, выходное напряжение которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения, т. е.

где — постоянная интегрирования. Интегратор может быть реализован на лампах, транзисторах, операционных усилителях. Схема интегрирующего вольтметра с импульсной обратной связью представлена на рис. 6.6, а.

Измеряемое напряжение интегрируется и подается на устройство сравнения, на другой вход которого поступает напряжение с источника образцового напряжения. В момент равенства выходного напряжения интегратора и напряжения устройство сравнения включает формирователь импульсов обратной связи, формирующий в течение интервала времени импульс амплитудой ,постоянной вольт-секундной площади (рис. 6.6, б).

Цикл работы формирователя определяется интервалом времени , зависящим от значения напряжения .

Рисунок 6.6 - Схема интегрирующего вольтметра (а) и временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип его работы (б)

Для процесса заряда и разряда интегратора справедливо выражение

где , .

При прямоугольной форме импульсов амплитудой

где .

Следовательно, уравнение преобразования можно записать в виде

т. е. параметры преобразователя не зависят от значений емкости и образцового напряжения и определяются только отношением сопротивлений интегратора и стабильностью площади импульса обратной связи. Подобные схемы могут обеспечить общую погрешность преобразования не более0,1 %.

На значение общей погрешности существенное влияние может оказать дрейф нуля интегратора, поэтому в преобразователях малых напряжении в" частоту используют различные способы компенсации дрейфа нуля интегратора, не ухудшая быстродействие.

Частотно-импульсное преобразование используется в вольтметрах В2-23; В7-21 и др.

6.5Цифровые вольтметры постоянного тока сдвойным интегрированием

Метод время-импульсного преобразования в сочетании с двойным интегрированием позволяет эффективно ослабить влияние помех, измерить напряжение обеих полярностей, получить входное сопротивление, равное единицам гигаом, и малую погрешность измерения без предъявления особых требований к постоянству линейно-изменяющегося напряжения.

Вольтметр содержит (рис. 6.7, а) интегратор, на вход которого подается напряжение либо напряжение .

Измерение напряжения выполняется в два такта.

На первом такте (интегрирование «вверх») интегральное значение измеряемого напряжения запоминается на выходе интегрирующего усилителя, на втором такте (интегрирование «вниз») интегральное значение напряжения преобразуется во временной интервал ,в течение которого на счетчик от генератора счетных импульсов поступают импульсы образцовой частоты . Число прошедших импульсов выражает значение ,т. е. ,где - постоянная.

В исходном состоянии все электронные ключи разомкнуты. В начале первого такта (в момент времени пуска) устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутым фронтом и срезом. В момент появления фронта импульса ключи и замыкаются, в результате чего на вход интегратора поступает измеряемое напряжение и импульсы с частотой следования начинают поступать от генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону (рис. 6.7, б), пропорционально :

где - постоянная интегрирования на первом такте.

Когда на счетчик поступит импульсов, он будет заполнен и импульс в момент времени сбросит его в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ ,в результате чего ко входу интегратора прикладывается от источника образцового напряжения напряжение ,полярность которого обратна полярности напряжения .В этот момент заканчивается интегрирование «вверх» и начинается интегрирование «вниз».

Напряжение начинает убывать по линейному закону пропорционально напряжению

где - длительность первого такта интегрирования; - постоянная интегрирования на втором такте.

Импульсы от генератора счетных импульсов продолжают поступать на счетчик. В момент времени напряжение становится равным нулю. Устройство сравнения, второй вход которого соединен с корпусом прибора, срабатывает и размыкает ключ .

Для момента времени справедливо соотношение:

где - длительность второго такта интегрирования.

Рисунок 6.7 - Схема цифрового вольтметра с двойным интегрированием(а) и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы (б)

За время на счетчик поступило импульсов. Код числа через дешифратор передается в устройство цифрового отсчета.

После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям. До начала нового измерения производится коррекция дрейфа интегратора и устройства сравнения при разомкнутых ключах.

Из приведенного выше соотношения для момента времени следует, что

где - постоянная времени интегратора; - параметры элементов схемы интегратора.

Откуда

Интервал времени прямо пропорционален значению напряжения и не зависит от постоянной времени интегратора, т. е. для осуществления метода время-импульсного преобразования с двойным интегрированием не требуются цепи с высокостабильными элементами. Число прошедших импульсов , выражающих значение ,равно

Длительность интегрирования «вверх» и значение образцового напряжения могут поддерживаться постоянными с высокой точностью и поэтому погрешность преобразования напряжения во временной интервал при этом методе незначительна.

Метод время-импульсного преобразования в сочетании с двойным интегрированием используется в вольтметрах Щ1413, Щ1516.

⇐ Предыдущая 12 13 14 15 161718 19 20 21 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 467.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...