double arrow

Метод дискретного счёта


Метод дискретного счёта используется для измерения ёмкости конденсаторов и широко применяется в цифровых измерительных приборах, например, в мультиметрах.

Напомним, что разряд конденсатора в элементарной RC-цепочке проис­ходит по экспоненциальному закону и описывается выражением:

uC(t)=E·e-t/R·C

где: Е – напряжение заряда конденсатора;

R·C=τ– постоянная времени цепи.

Очевидно, что за время, равное постоянной времени цепи, напряжение на конденсаторе разрядится до значения:

uC(τ)=E·e-τ/R·C=Е·е-1=Е/2.718=0.3679·Е

Идея метода дискретного счёта заключается в измерении интервала вре­мени, равного постоянной времени RC-цепи при разряде конденсатора, и по­следующем расчёте величины Схпо полученному значению τи известной величине R: Cx=τ/R. При этом признаком окончания измерения выступает снижение напряжения на конденсаторе в 0.3679 раза в сравнении с исходным значением.

Структурная схема измерителя ёмкости методом дискретного счёта изо­бражена на рисунке 5.

Рис. 5. Структурная схема измерителя ёмкости методом дискретного счёта

Измерительный прибор образован измерительной схе­мой (R1, R2, Rогр, Rобр, Е, Кл), контроллером, компаратором, генератором тактовых импульсов, триггером Т, схемой совпадения & и двоичным счётчи­ком Сч.

Рассмотрим принцип действия измерительного прибора. Перед началом измерения конденсатор Сх, подключённый через ограничительный резистор Rогр к источнику питания, оказывается заряженным до напряжения Еисточ­ника. В мо­мент начала измерения t1 контроллер прибора формирует старто­вый импульс Uупр, который обнуляет содержимое счётчика Сч, взводит в единичное со­стояние триггер Т и переводит ключ Кл в нижнее по схеме по­ложение (см. рис. 6).

Рис. 6. Временные диаграммы сигналов измерителя ёмкости

В ре­зультате, конденсатор Сх начинает разряжаться че­рез образцовый резистор Rобр. Поскольку на верхнем входе схемы совпаде­ния & установлена логическая единицаимпульсы тактового генератора с частотой f поступают на вход +1 двоичного счётчика Сч.

Сопротивления резисторного делителя напряжения R1-R2 выбраны та­кими, что отношение R2/(R1+R2) составляет 0.3679. Следовательно, компа­ратор, на входы которого поступает изменяющееся напряжение конденсатора uC(t) и напряжение UR2, сформирует выходной сигнал в момент времени t2, когда uC(t2)=uC(τ)=0.3679·Е (см. рис. 2). Выходной сигнал компаратора сбро­сит в нуле­вое состояние триггер Т, подсчёт тактовых импульсов прекратится, в счёт­чике будет зафиксировано число – N=f·τ.

Несложно показать, что Cx=N/f·Rобр=K·N, то есть при фиксированных значенияхf и Rобр значение измеряемой ёмкости прямо пропорциональна показанию счётчика. При наличии образцового конденсатора Собр аналогичным образом можно измерить сопротивление резистора.

Погрешность измерений методом дискретного счёта составляет 0.1%-0.2% и, главным образом, зависит от нестабильности значений сопротивле­ний Rобр, R1, R2, нестабильности частоты генератора тактовых импульсов и точности срабатывания компаратора. Метод дискретного счёта широко ис­пользуется в цифровых измерителях ёмкости и сопротивлений.


Сейчас читают про: