Цифровые вольтметры постоянного тока с комбинированным преобразованием

Комбинированные цифровые вольтметры сочетают в себе два метода преобразования частотно-импульсного и поразрядного кодирования: Они обеспечивают относительно высокую точность измерения, необходимую скорость, хорошее ослабление шумов, наводок, накладываемых на входной измеряемый сигнал.

На рис. 6.8 представлена схема с комбинированным преобразованием вольтметра высокой точности.

Процесс измерения осуществляется путем двух выборок - грубой и более точной; Измеряемое напряжение поступает на входное устройство, а затем через устройство сравнения на преобразователь напряжения - частота. Поскольку при первой выборке ко второму входу устройства сравнения напряжение еще не подводится, то на выходе его действует измеряемое напряжение , преобразуемое в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна (первичное интегрирование). Устройство управления замыкает электронные ключи на определенное время, через них проходят импульсы и счетчиком фиксируются только первые декады старшего разряда. Накопленное в счетчике число импульсов преобразуется с помощью цифро-аналогового преобразователя в постоянное напряжение , грубо равное .

Это напряжение поступает на второй вход устройства сравнения, в' котором оно вычитается из напряжения . Оставшаяся нескомпенсированная по старшим разрядам разность напряжений подвергается вторичному интегрированию. Разность вновь преобразуется в последовательность импульсов, которые подсчитываются за определенный отрезок времени остальными декадами младшего разряда счетчика (при этом замкнут ключ ). Результаты двух, измерений суммируются и только после этого устройство цифрового отсчета выдает окончательный результат.

Рисунок 6.8 - Схема цифрового вольтметра

С комбинированным преобразованием

Погрешность измерения входного напряжения вольтметром с комбинированным преобразователем составляет ± 0,01 %, при погрешности цифро-аналогового преобразователя ± 0,002 % и преобразователя напряжения — частота ± 0,3 %. Сложность преобразования снижает быстродействие.

Цифровые вольтметры переменного тока

Цифровые вольтметры переменного тока строят в основном по принципу преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение , которое затем измеряется вольтметром постоянного тока; частоту следования импульсов , измеряемую счетчиком импульсов, .

При создании преобразователей переменного тока в постоянный необходимо обеспечить высокую степень линейности амплитудной характеристики  при большом динамическом диапазоне, постоянство характеристик в широком диапазоне частот, малые пульсации преобразованного напряжения и т. д.

Измерение переменного напряжения связано с необходимостью учета формы кривой сигнала и схемы преобразователя. Выходное напряжение пропорционально средневыпрямленному, среднеквадратичному, амплитудному значению измеряемого напряжения (в зависимости от схемы преобразователя). Информация о значениях измеряемой величины выводится на устройство цифрового отсчета в действующих значениях синусоидального напряжения.

Наибольшее распространение в универсальных цифровых вольтметрах в режиме измерения переменного напряжения (см. рис. 6.5) получили двухполупериодные выпрямительные преобразователи среднего значения (см. п. 5.2) с фильтром и усилителем, охваченным глубокой отрицательной обратной связью.

Большое значение имеют методы измерения среднеквадратичного значения переменного тока, результаты измерения которых не зависят от формы кривой измеряемого напряжения. В этом отношении интерес представляют цифровые вольтметры среднеквадратичного значения с автоматической обработкой результатов измерения ряда мгновенных значений напряжений; принципом компарирования переменного измеряемого напряжения с известным опорным напряжением постоянного тока; принципом компарирования переменного измеряемого напряжения с опорным переменным напряжением (равным опорному напряжению постоянного тока), сформированным из измеряемого.

Погрешность цифровых вольтметров переменного тока значительно больше погрешности цифровых вольтметров постоянного тока и зависит от частотного диапазона (частотный диапазон бывает чаще всего от десятков герц до десятков килогерц, вне этих пределов погрешность вольтметра возрастает). Верхний предел частоты измеряемого напряжения в цифровых вольтметрах не превосходит 30 МГц.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Общие сведения

Измерение тока и напряжения осуществляется в цепях постоянного, переменного токов широкого диапазона частот и импульсных.

Наиболее высокую точность измерений получают в цепях постоянного тока. При измерениях в цепях переменного тока точность измерений понижается с повышением частоты; здесь кроме оценки среднеквадратичного, средневыпрямленного, среднего и максимального значений иногда требуется наблюдение формы исследуемого сигнала и знание мгновенных значений тока и напряжения.

Измерители тока и напряжения независимо от их назначения должны при включении не нарушать режима работы цепи измеряемого объекта; обеспечивать малую погрешность измерений, исключив при этом влияние внешних факторов на работу прибора, высокую чувствительность измерения на оптимальном пределе, быструю готовность к работе и высокую надежность.

Выбор приборов, выполняющих измерения тока и напряжения, определяется совокупностью многих факторов, важнейшие из которых: род измеряемого тока; примерные диапазон частот измеряемой величины и амплитудный диапазон; форма кривой измеряемого напряжения (тока); мощность цепи, в которой осуществляется измерение; мощность потребления прибора; возможная погрешность измерения (ниже будут указаны требования к конкретным приборам).

Если необходимая точность измерения, допустимая мощность потребления и другие требования могут быть обеспечены амперметрами и вольтметрами электромеханической группы, то следует предпочестьэтот простой метод непосредственного отсчета. В маломощных цепях постоянного и переменного токов для измерения напряжения обычно пользуются цифровыми и аналоговыми электронными вольтметрами. Если необходимо измерить напряжения с более высокой точностью, следует использовать приборы, действие которых основано на методах сравнения, в частности на методе противопоставления.

Измерение тока возможно методом непосредственной оценки аналоговыми и цифровыми амперметрами, а также косвенное. При этом напряжение измеряется на образцовом резисторе с известным сопротивлением. Для исследования формы и определения мгновенных значений напряжения и тока применяют осциллографы.