Времяимпульсный вольтметр с генератором линейно изменяющегося напряжения.

Структурная схема цифрового вольтметра и временные диаграммы, поясняющие ее работу, представлены на рис.7.

а)

б)

Рис. 7. Цифровой вольтметр постоянного тока с ГЛИН:

а — структурная схема; б — временные диаграммы

Данный тип цифрового вольтметра времяимпульсного преобразования включает:

АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интер­вал времени, расположенный во входном устройстве;

• генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН);

• два устройства сравнения;

• триггер Т;

• схему И;

• генератор счетных импульсов;

• счетчик импульсов;

• цифровое отсчетное устройство.

Дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобра­зователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых N пропор­ционально величине входного напряжения U_х^/ (т.е. U_х). Линейно изме­няющееся во времени напряжение U_глин с ГЛИН поступает на входы 1 двух сравнивающих устройств. Другой вход устройства сравнения 1 со­единен с корпусом.

В момент равенства напряжения U_глин = 0 на входах устройства срав­нения 1 на его выходе возникает импульс (так фиксируется нулевой уро­вень входного сигнала). Этот импульс, подаваемый на единичный вход триггера Т, вызывает появление сигнала на его выходе. Возвращается триггер в исходное состояние импульсом, поступающим с выхода срав­нивающего устройства 2. Этот сигнал возникает в момент равенства измеряемого U_х^/ и линейно изменяющегося напряжения U_глин. Сформи­рованный таким образом сигнал U_т длительностью Δt = U_х^/ S (S — коэф­фициент преобразования) подается на вход схемы И, на второй вход ко­торой поступает сигнал U_гси с генератора счетных импульсов, следую­щих с частотой f₀ = 1/T₀. На выходе схемы И импульсный сигнал U_сч, по­является только тогда, когда есть импульсы на обоих входах, т.е. счетные импульсы проходят тогда, когда присутствует сигнал на выходе триггера.

Количество прошедших импульсов N ≈ Δt/Т₀ (с учетом коэффициента преобразования S) подсчитывается счетчиком и отображается на инди­каторе цифрового отсчетного устройства прибора. Полученная формула

U_х^/ = N/(f₀S),

не учитывает погрешности дискретности из-за несовпадения появления счетных импульсов с началом и концом интервала Δt. Однако еще большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования S. Поэтому вольтметры, построенные по данной схеме, являются наименее точными в ряду цифровых. Иногда вольтметры тако­го типа выполняются как щитовые. К недостаткам вольтметров с ГЛИН относится также необходимость применения фильтров для подавления помех, так как приборы не являются интегрирующими.

Цифровые вольтметры наивысшего класса точности создаются ком­бинированными: в схемах сочетаются методы поразрядного уравнове­шивания и времяимпульсного интегрирующего преобразования.

Большинство серийных цифровых вольтметров переменного тока строятся с применением преобразователей переменного тока в постоян­ный (детекторов) средневыпрямленного и действующего значения. И как было отмечено ранее, свойства этих приборов будут во многом опреде­ляться детекторами.

Цифровые мультиметры.

Включение в структурную схему цифрового вольтметра микропроцессора и дополнительных преобразо­вателей позволяет превратить его в универсальный измерительный при­бор — мультиметр. Цифровые мультиметры измеряют постоянное и пе­ременное напряжение, силу тока, сопротивления резисторов, частоту электрических колебаний и т.д. При совместном использовании с осцил­лографом мультиметры позволяют измерять временные интервалы (период, длительность импульсов и т.д.). Наличие в схеме вольтметра микропроцессора позволяет осуществлять автоматическую коррекцию погрешностей, автокалибровку и диагностику отказов.

Основными устройствами вольтметра являются:

• микропроцессор,

• АЦП,

• блок нормализации сигналов;

• блок управле­ния.

Блок нормализации сигналов с помощью соответствующих преобра­зователей приводит входные измеряемые параметры (напряжения пере­менного и постоянного тока, сопротивления постоянному току и пр.) к унифицированному сигналу (u₌), который подается на вход АЦП. По­следний действует обычно по методу двойного интегрирования. Блок управления обеспечивает выбор режима работы для заданного вида из­мерений. Кроме того, он создает нужную конфигурацию системы измерения.

Основой блока управления является микропроцессор. Управление микропроцес­сором осуществляется с помощью клавиатуры, расположенной на панели управления или через стандартный интерфейс (блок сопряжения; стык) подключаемого канала связи. Программа работы микропроцессора хра­нится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и обеспечивается с помощью оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).

Все импульсные и циф­ровые устройства синхронизируются сигналами генератора тактовых импульсов.

Профессор кафедры А. Елисеев