Интегрирующие цифровые вольтметры

Принцип действия

t1 Устройство управления обнуляет счётчик и запускает ГЛИН, напряжение на выходе которого начинает изменяться от некоторого положительного уровня по линейному закону.

t2 Uл=0 Срабатывает сравнивающее устройство 2, на счётчик начинают поступать импульсы с образцовой частотой f₀ и счётчик эти импульсы считает. Линейное напряжение продолжает изменяться.

t3 Uл=Ux В момент времени t3 УУ закрывает ключ К. Процесс преобразования закончен.

Nx=f₀Tx;

Tx=Ux/ _u; _u=

Nx=f0/ _u Ux; Nx=cUx

Когда ключ блокируется - ГЛИН и все прочие выключатся

Достоинством этой схемы является простота устройства и погрешность =+-(0,05-0,1)% невысокая.

Инструментальная погрешность возникает из-за:

1. Нестабильности образцовой частоты

2. Нелинейности опорного напряжения

3. За счёт наличия порога срабатывания сравнивающих устройств.

Цифровой электронно- счетный частотометр

На структурной схеме такие блоки:

УФ - усилитель-формирователь. Предназначен для выработки одного импульса на каждый период напряжения измеряемой частоты.

К - ключ

Сч - счётчик

ЦИ - цифровой индикатор

УУ - устройство управления

КГ - кварцевый генератор. Характеризуется высокой стабильностью частоты.

ДЧ - делитель частоты.

ГОИВ - генератор образцовых интервалов времени, образован КГ и ДЧ. Образует импульсы с постоянной длительностью Т0.

Принцип действия:

По сигналу Запуск устройство управления открывает ключ К на время Т0 и за это время Т0 через ключ К проходит Nx импульсов, которые счётчик подсчитывает.

На передней панели прибора находится переключатель, который изменяет длительность T0 (например 1с, 0.1с, 0.01с, 0.001с)

В них так же используется время-импульсного кодирования (квантования по времени)

(существуют два способа квантования: по времени и по уровню)

Схема вольтметра с двойным интегрированием

Обозначение блоков на схеме

ИУ - интегрирующий усилитель, представляет из себя:

УПТ - усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления

с интегрирующей RC-цепью в цепи обратной связи.

ГОИВ - генератор образцовых интервалов времени

ГТИ - генератор тактовых импульсов с частотой f₀, выдаёт постоянные по амплитуде и постоянные по частоте импульсы

У остальных блоков обозначения те же.

Принцип действия:

По сигналу Запуск (короткий импульс) обнуляется счётчик и запускается генератор образцовых интервалов времени, в момент времени t1 будет запуск. В момент фронта образцового импульса T0 открывается ключ К1. Через К1 на вход интегрирующего усилителя подаётся измеряемое напряжение Ux. Свойства интегрирующего усилителя заключаются в том, что при подаче на вход постоянного напряжения, на выходе интегрирующего усилителя происходит постоянная скорость изменения выходного напряжения.

Под действием Ux (всё это продолжается в течение образцового интервала времени T0)...

t2 - закончился образцовый интервал времени. Закрывается ключ К1 и открываются К2 и К3.

Через открытый К2 на вход интегрирующего усилителя поступает образцовое напряжение U0 с полярностью, противоположной Ux. При подаче на вход интегрирующего усилителя -U0, напряжение на его выходе будет уменьшаться с постоянной скоростью.

А через открытый ключ К3 на счётчик импульсов поступают тактовые импульсы с частотой f0 и счётчик эти импульсы отсчитывает.

t3 - Uвых.иу=0, срабатывает сравнивающее устройство, которое своим сигналом закрывает ключ К3.

Процесс преобразования закончен.

Для интегрирующего усилителя справедливо соотношение:

Nx=f₀T_x=f₀ T₀/U₀ Ux

При этом f₀ T₀/U₀ = C

TxU0=T0Ux

Tx=T0/U0 Ux

Nx=CUx

При подаче Tx большего, мы будем иметь большую скорость изменения напряжения на выходе.

Скорость спадания напряжения на выходе будет постоянна. Будет момент времени t'₃

Счётчик отсчитает количество импульсов, Nx'>Nx

Достоинством усилителя является высокая помехоустойчивость, в результате чего на базе интегрирующего усилителя изготавливаются милливольтметры и вольтметры.

Почему высокая помехоустойчивость? Когда записываются результаты измерений (Nx), вход вольтметра отключён, и помехи по входу не могут сказываться на результате измерения. То есть весь процесс записи результатов измерения происходит внутри прибора.

Поэтому вольтметр с двойным интегрированием: сначала интегрирование измеряемого напряжения, потом интегрирование образцового напряжения, которое вырабатывается внутри самого прибора.

Погрешность =+-(0,05-0,1)%

На величину инструментальной погрешности (так же как и в первом вольтметре, так как принцип кодирования один и тот же) влияет нестабильность частоты тактовых импульсов f₀.

На величину методической погрешности влияет сама частота f₀, меньше частота - больше погрешность.

Цифровой вольтметр с уравновешиванием

Обратно направленный U_0, изменяется дискретно числами импульсного кода или

ИОН- источник обратного напряжения

t_n-время преобразования

U₀^’= U₀-> увеличенное время преобразования

По через отпирающий ключ К в УУ поступает тактовый импульс.

УУ выдает команды в источник обратного направления, непрерывное выход которого измененное в последнем такте на величину шага квантования ₀ и одновременно с тактом импульса подаются на счетчик t_z, U₀=U_x, срабатывает сравнивающее устройство и запирающий ключ К Процесс преобразуется законом

=

Причины возникновения погрешности: погрешность зависит от уровней равновесия.

Цифровой вольтметр с уравновешиванием измеряемого напряжения Ux образцовым напряжением U0, изменяющимся дискретно

В нём осуществляется принцип число-импульсного кодирования, или квантования по уровню.

Структурная схема:

Через открытый ключ в УУ поступает тактовый импульс.

УУ выдает команды в систему обработки напряжения

П₀ сигнатура записи устранения у выдается в НОН на выдачу соответственных разрядов

|U₀|>|U_x| 0

|U₀| |U_x| 1

б= (0,05..0,01)%

Цифровой вольтметр переменного тока

Пр – преобразователь направления переменного тока в направление постоянного тока

самые распространенные многофункциональные измерительные приборы

предмет для измерений элементарные величины ток и напряжение.