Измерение постоянного напряжения

Измеряемое постоянное напряжение с входных гнезд

U Rи 0 поступает на входной делитель R (см. рис. 7), а затем на усили­тель постоянного тока УПТ.

Каждому пределу измерения соответствует определенный коэф­фициент передачи входного делителя R, в качестве которого приме­нен высокоточный микропроволочный делитель. При правильном выборе предела измерения измеряемое напряжение, значение кото­рого может быть от 100 мкВ до 1000 В, на выходе усилителя УПТ приводится к значениям напряжения от 1 мВ до

1 В. Нормирован­ное выходное напряжение усилителя УПТ измеряется аналого-цифровым преобразователем интегрирующего типа.

Рис. 7. Структурная схема измерения постоянного напряжения

Функциональная схема АЦП приведена на рис. 8. АЦП состоит из двух частей: аналоговой и цифровой.

Аналоговая часть предназ­начена:

— для преобразования измеряемого постоянного напряжения в пропорциональный ему временной интервал;

— для определения полярности измеряемого напряжения;

— для передачи в цифровую часть АЦП информации о значе­нии и полярности измеряемого напряжения.

Цифровая часть предназначена:

— для управления работой аналоговой части;

— для получения визуального отсчета измеряемого напря­жения.

Усилитель постоянного тока УПТ (см. рис. 7) и аналоговая часть АЦП гальванически изолированы от корпуса и имеют изоли­рованный источник питания. В результате этого при измерении по­стоянного напряжения вольтметр имеет изолированный от корпуса вход. Связь между аналоговой и цифровой частями осуществляется через импульсные трансформаторы Т1 и Т2.

На рис. 9 показаны эпюры напряжений, поясняющие работу АЦП согласно функциональной схеме, изображенной на рис. 8, при отрицательном значении измеряемого напряжения на входе АЦП.

В начале цикла измерения t₁ через импульсный трансформатор Т1 из цифровой части поступает импульс (начало команды ПРЯ­МОЕ ИНТЕГР.), который опрокидывает триггер аналоговой части ТRS. 1 (см. рис. 9 в). Перепад напряжения, возникающий на выхо­де триггера ТRS. 1, опрокидывает триггер аналоговой части ТRS. 2 (см. рис. 9 г). В результате в момент времени t₁ ключ А1 замыкается, остальные ключи А2—А5 находятся в разомкнутом со­стоянии.

Измеряемое напряжение Uх через ключ А1 подается на вход интегратора ИНТЕГР., находящегося в момент времени t₁ в исход­ном (нулевом) состоянии. Начинается такт прямого интегрирова­ния, длительность которого всегда равна 80 мс и определена квар­цевым генератором счетных импульсов ГСИ и счетчиком. В процес­се интегрирования измеряемого напряжения напряжение на выходе интегратора ИНТЕГР. изменяется по линейному закону (см. рис. 9 а). Крутизна выходного напряжения тем больше, чем боль­ше измеряемое напряжение.

Одновременно с началом такта прямого интегрирования счет­ные импульсы с генератора ГСИ (см. рис. 9 з) поступают на счет­чик, находящийся в момент времени t₁ в исходном (нулевом) со­стоянии.

После заполнения счетчика 1000 импульсами в момент време­ни t₂ (см. рис. 9 д) на выходе счетчика появляется команда 1000. Команда 1000 опрокидывает триггер цифровой части ТIК. 1 и через импульсный трансформатор Т1 в аналоговую часть поступает им­пульс (окончание команды ПРЯМОЕ ИНТЕГР.), который опроки­дывает триггер аналоговой части ТRS. 1.

Ключ А1 размыкается и замыкается один из ключей А2 или АЗ. В момент времени t₂ прямое интегрирование заканчивается и на вход интегратора ИНТЕГР. начинает поступать опорное напряже­ние, полярность которого противоположна полярности измеряемого напряжения. Начинается такт обратного интегрирования.

Одновременно в момент времени t₂ из перепада напряжения на выходе триггера ТIК. 1 формирователем формируется импульс СБРОС, устанавливающий счетчик в нулевое состояние. С момента начала такта обратного интегрирования счетные импульсы ГСИ снова считаются счетчиком.

Под воздействием напряжения, поступающего с источника опорного напряжения ИОН, выходное напряжение интегратора на­чинает изменяться в противоположную сторону, стремясь к нулево­му (первоначальному) значению (см. рис. 9 а). При достижении выходного напряжения интегратора нулевого значения напряжение на выходе детектора нулевого уровня ДНУ достигает также нулевого значения и на выходе формирователя возникает перепад напряжения, который изменяет состояние триггера аналоговой части ТRS. 2 (см. рис. 9 г). В этот момент времени t₃ размыкается ключ, подключающий ко входу интегратора источник опорного напряже­ния. а ключи А4 и А5 замыкаются. Такт обратного интегрирования окончен, интегратор ИНТЕГР. и ДНУ переводятся в режим кор­рекции дрейфа.

Одновременно в момент времени t₃ через импульсный трансфор­матор Т2 в цифровую часть поступает импульс (ОБРАТНОЕ ИН­ТЕГР.), который опрокидывает триггер цифровой части ТIК. 2 и устанавливает его в первоначальное состояние. Возврат триггера ТIК. 2 в первоначальное состояние запрещает поступление счетных импульсов на счетчик. Число импульсов, записанное в счетчике за время обратного интегрирования, является мерой измеряемого на­пряжения.

Схема переноса из перепада напряжения, возникшего на выхо­де триггера ТIК. 2 в момент времени t₃, формирует команду ПЕРЕ­НОС, (см. рис. 9 ж), которая разрешает запись в регистр памяти РП результата измерения, зафиксированного в счетчике. Резуль­тат измерения, записанный в двоично-десятичном коде в регистре памяти, дешифратором Дешифр. преобразуется в десятичный код, а затем высвечивается в виде цифр на индикаторе Инд.

Информация о полярности измеряемого напряжения, записанная в триггере полярности ТIК. 3 в момент окончания периода об­ратного интегрирования, с приходом импульса ПЕРЕНОС записы­вается в триггер памяти полярности ТIК. 4 и выводится на индика­тор полярности.

В качестве цифровых индикаторов в вольтметрах В7-27,

В7-27А/1 используются индикаторные лампы, а в вольтметре

В7-27А — светоизлучающие диоды.

Описанный выше процесс через каждые 320 мс повторяется. Периодичность процесса измерения осуществляется формировате­лем такта ФТ. Выходное напряжение формирователя ФТ, подавае­мое на триггер цифровой части ТIК. 1., (команда ТАКТ) показано на рис. 9 б.

Особенностью АЦП является то, что начало такта пря­мого интегрирования (начало команды ПРЯМОЕ ИНТЕГР.) син­хронизировано напряжением питающей сети.

При измерении напряжений, превышающих более чем на 100% значение установленного предела, вольтметр находится в ре­жиме перегрузки. В вольтметре предусмотрена индикация этого режима.

Рис. 9. Эпюры напряжений, поясняющие работу АЦП при отрицательном значении измеряемого напряжения на входе АЦП