Реферат: Интегрирующие цифровые вольтметры с усреднением мгновенных результ

Эта схема может реализовывать и следящее уравновешивание и . Разница заключается в алгоритме работы УУ, управляющего ЦАП. В этом случае система отрабатывает не , а разность . Это позволяет в ряде случаев повысить точность и быстродействие ЦВ. Однако с другой стороны появляется возможность возникновения автоколебаний в системе. Точность таких ЦВ определяется в основном точностью ЦАП и порога срабатывания компаратора. В целом такой ЦВ обладает достаточно хорошими характеристиками.

В качестве примера кодо-импульсного ЦВ можно привести вольтметр В2-19. = (100 мкВ – 1000 В), , не менее .

в) Цифровые вольтметры, реализующие частотно-импульсный метод преобразования.

В этих вольтметрах измеряемая величина предварительно преобразуется в пропорциональное ей значение частоты . Затем частота непосредственно преобразуется в цифровой код. Таким образом, эти ЦВ, как и рассмотренные время-импульсные, относятся к вольтметрам прямого преобразования. Однако поскольку измерение частоты всегда производится за определенный интервал времени (), эти вольтметры всегда являются интегрирующими. Интегрирование в них является аналоговым, а при необходимости аналоговый интегрирующий ЦВ может быть дополнен устройством усреднения.

Обобщенная структурная схема ИЦВ реализующего частотно-импульсный метод преобразования имеет следующий вид (рисунок 4):

Рисунок 4 – Структурная схема частотно-импульсного ИЦВ

Как видно из этой схемы, основными функциональными узлами ИЦВ являются преобразователь напряжение-частота (ПН-Ч) и цифровой частотомер. (Цифровые частотомеры мы подробно рассмотрим в теме «Измерение частоты и интервалов времени» поэтому сейчас рассмотрим только коротко ПН-Ч).

В ПН-Ч измеряемое напряжение преобразуется в частоту, причем

,

где – коэффициент преобразования. Затем измеряется цифровым частотомером за время и его показания будут

.

При показания частотомера N пропорциональны и получаем прямоотсчетный вольтметр.

В настоящее время известно большое число схем ПН-Ч. В зависимости от метода преобразования в все схемы подразделяются на две группы: с непосредственным преобразованием и с косвенным преобразованием. В пределах каждой группы могут быть реализованы схемы с разомкнутым и замкнутым контурами, а при необходимости расширения диапазона может быть применено преобразование частоты.

В ПН-Ч первой группы само непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты . Характерными представителями таких ПН-Ч являются преобразователи с циклическим интегрированием. В ПН-Ч второй группы влияет на параметр, определяющий частоту генератора с самовозбуждением (гармонического или релаксационного). Эти ПН-Ч имеют относительно невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение получили ПН-Ч на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром.

Примером частотно-импульсного ИЦВ является универсальный вольтметр В7-25. Он имеет диапазон измеряемых от 1 мкВ до 100 В, основную погрешность , , подавление помех на 70 дБ.

Цифровые вольтметры переменного тока

Как мы уже отмечали ранее, ЦВ встречаются в пределах каждого вида вольтметров, в том числе и предназначенных для измерения напряжений переменного и импульсного токов, видов ВЗ, В4 и В7. Таким образом, входной величиной АЦП в таких ЦВ является напряжение переменного тока произвольной формы, изменяющееся в широком диапазоне частот, а выходной величиной — цифровой код. В то же время для преобразования измеряемого напряжения в цифровой код оно должно иметь форму, удобную для кодирования. Поэтому в ЦВ переменного тока необходимо, как правило, иметь предварительный функциональный преобразователь в аналоговой части АЦП. В зависимости от метода преобразования это могут быть преобразователи в , преобразователи с трансформацией спектра частот , как правило, в область более низких частот.

Преобразователи с обработкой мгновенных значений находят применение только в диапазоне низких частот, а преобразователи с трансформацией спектра частот , наоборот, работоспособны на высоких частотах и, как правило, используются в сочетании с преобразователями в , что позволяет расширить частотный диапазон ЦВ. Поэтому наибольшее применение в ЦВ переменного тока получили преобразователи в , так как они относительно просты и хорошо работают в широком диапазоне частот измеряемых . Более того, вся остальная часть ЦВ с таким преобразователем представляет собой ЦВ постоянного тока, что позволяет унифицировать ЦВ постоянного и переменного тока, создавая на этой основе универсальные ЦВ и мультиметры. Таким образом, структурная схема такого ЦВ переменного тока имеет вид (рисунок 5)

Рисунок 5 – Структурная схема ЦВ переменного тока

Преобразователи /аналогичны детекторам аналоговых электронных вольтметров, и в зависимости от типа преобразователя может быть пропорционально , и измеряемого . Однако к преобразователям /предъявляются более высокие требования, чем к детекторам. В первую очередь это касается точности и линейности преобразования, а также чувствительности, динамического и частотного диапазонов преобразователя. Такие повышенные требования к преобразователям необходимы для того, чтобы сохранять метрологические характеристики ЦВ постоянного тока, которые значительно лучше, чем у аналоговых электронных вольтметров. Характеристики преобразователей /в основном определяют характеристики ЦВ переменного тока в целом.

Преобразователи амплитудного и среднеквадратического значений могут выполняться по схемам соответствующих детекторов, которые обеспечивают получение требуемых характеристик преобразования. Иначе обстоит дело при проектировании преобразователей средневыпрямленного значения . Как Вы помните обычный детектор средневыпрямленного значения хорошо работает при больших значениях напряжения и поэтому, как правило, включается после усилителя переменного тока. В ЦВ переменного тока преобразователь /, как видно из структурной схемы (см. рисунок 5), всегда включен на входе ЦВ и должен хорошо работать и при малых значениях . Поэтому преобразователи средневыпрямленного значения проектируют как активные одно- или двухполупериодные с отрицательной обратной связью, а в необходимых случаях и с аддитивной коррекцией погрешностей (рисунок 6)

Рисунок 6 – Схема двухполупериодного преобразователя с отрицательной обратной связью

Примером ЦВ переменного тока является ЦВ В3-52. = от 1мВ до 300В, нормальная область частот от 100 кГц до 10 МГц; расширенная от 10 до 1000МГц. Основная погрешность ±[4+0,5(U_пр /U_x – 1)] %, R_вх не менее 30 кОм.

В импульсных ЦВ амплитуда импульсов, как правило, преобразуется в пропорциональный интервал времени (по аналогии с преобразованием во время-импульсных ЦВ), который измеряется заполнением его импульсами с известным периодом следования от ГСИ. Это преобразование осуществляется с помощью схемы подобной пиковому детектору, в которой конденсатор небольшой емкости успевает зарядиться до U_max за время действия импульса, а по окончании импульса разряжается через токостабилизирующий элемент по линейному закону. Если в таком ЦВ на счетчик не подавать импульсы сброса, то можно измерять амплитуды одиночных импульсов, что является их важным достоинством. На практике используются и другие принципы преобразования амплитуды импульсов, но они не нашли широкого применения.

Рассмотренные принципы построения ЦВ переменного тока используются в настоящее время и при проектировании универсальных ЦВ и мультиметров. В этих приборах измеряемая величина (электрическая или неэлектрическая) преобразуется в с последующим его измерением ЦВ постоянного тока. Структурная схема их аналогична приведенной выше, только входная аналоговая часть содержит набор преобразователей измеряемых величин в , которые коммутируются на вход ЦВ постоянного тока в соответствии с режимом работы. Номенклатура преобразователей определяет эксплуатационные возможности приборов. Их условно подразделяют на универсальные ЦВ и мультиметры. Как правило, универсальные ЦВ позволяют измерять , , , , и и имеют в своем составе преобразователи /, /, / и /. В мультиметрах дополнительно может обеспечиваться измерение , , и др. электрических величин, а также неэлектрических величин, например, температуры с помощью соответствующих преобразователей.

Преобразователь / представляет собой набор образцовых резисторов. В зависимости от установленного предела измерений один из них подключается ко входу ЦВ. Измеряемый ток создает падение напряжения на резисторе, которое непосредственно или после усиления в УПТ подается на вход АЦП. Этот же набор резисторов используется и при преобразовании в , только падение напряжения созданное на резисторе преобразуется дополнительно в преобразователе /, а затем поступает на вход АЦП.