Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998), страница 72

Число Ж определяет разрешающую способность 1/ Л' прибора ч 'Точность — многоплановая характеристика любого средства измерения Она представляет целый комплекс характеристик, количественно выражаемых погрешностями Быстродействие В общем смысле показатели быстродействия связаны с динамическими погрешностями преобразования или измерения Характеризуется быстродействие временем одного преобразования входной величины в код или частотой таких преобразований. Вопрос 8.12. Какая связь между чувствительностью и квантом в ЦИПеч Варианты ответа 8121 Значение кванта всегда совпадает со значением единицы младшего разряда. 8 12 2 Значение кванта не всегда совпадает с единицей младшего разряда 8 12 3 Значение кванта не влияет на чувствительность ЦИП 8.10.

ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ Цифровые вольтметры (ЦВ) широко распространены в технике измерения постоянных и переменных напряжений Это объясняется многими достоинствами высокая точность, широкий диапазон измерения, высокая чувствительность, цифровой отсчет, автоматический выбор предела измерения и полярности измеряемого сигнала, возможность ввода информации в ЭВМ. Дальнейшее развитие ЦВ, расширение их возможностей и улучшение характеристик достигается применением микропроцессоров (МП).

встраиваемых непосредственно в измерительный прибор Классифицируют ЦВ по назначению (постоянного напряжения, универсальные, импульсные), по схемному решению (с жесткой логикой работы и с микропроцессорным управлением), по методу аналого-цифрового преобразования (время-импульсные, поразрядного урав- 380 новешивания, частотноимпульсные) Учитывая, что ЦВ переменных напряжений представляют собой сочетание ЦВ постоянного напряжения и входного измерительного преобразователя переменного напряжения в постоянное напряжение (эти преобразователи обычно находятся во входном устройстве), рассмотрим принцип действия приборов постоянного напряжения Время-импульсный вольтметр.

Структурная схема и временные диаграммы его приведены на рис 8 38 Зппись 1 5 Рнс 8 38 Структурная схема время-импульсного вольтмезра (а) и е~о временные диаграммы ® 381 Л/= Л//Т~ = Л//о ', Л/= Ь;,/5 где 5 — крутизна ио(/); (8.28) М=(10 /Я ) Е '„„; Е/,„=ЯХ Ц . (8.29) Вольтметр с двухтактным интегрированием. Схема и временные диаграммы его показаны на рис. 8.39 Интервал /~ — /, (рис.8.39,б) соответствует первому такту интегрирования, /з - /з — второму.

Фронт первого, после сигнала «Пуск», импульса сигнала 2 генератора тактовых импульсов ГТИ через устройство управления УУзадает начало первого такта: короткий импульс 3 сбрасывает счетчик Сч, сигнал 4 замыкает ключ К~. На Сч начинает поступать сигнал б от ГТИ, противофазный импульсам 2. Входное напряжение и„ через К/ поступает на интегратор Инт и на выходе его получается и(/). Через полпериода сигнала 4, после того, как на Сч поступит заданное число импульсов Ж~ сигнала б„заканчивается первый такт и начинается второй.

Информацию о том, что Ж1 импульсов поступило на Сч дает сигнал 7, снимаемый с четвертого триггера старшей декады Сч В этоз момент импульс 3 сбрасывает Сч, сигнал 4 размыкает ключ К~. сигнал 8 замыкает ключ К~. Импульсы б продолжают поступать на Сч На Инт поступает (/О от источника опорного напряжения ИОН. Приращение и(/) меняет знак. Как только и(/)=О срабатывает устройство сравнения УС и дает команду, что второй такт закончен. На Сч поступило М фронтов сигнала б. Сигнал 8 размыкаег К/ Итак, Ю~ — результат измерения. Связь Л/, и и„установим следующим образом.

К концу первого такта п(е.))= 1/т ~ 3 пв., с// = — Л! ~/ т1 ( в, (8 30) где т~ — постоянная интегрирования на первом гакте. Генератор линейно-изменяющего напряжения (ГЛИН) Г~, ус тройство сравнения УС, одновибраторы Гз и Г4 и триггер Т образу ют преобразователь входного напряжения (обозначен пунктиром) ц вх в интервал времени Л~, в течении которого от генератора прямоу гольных импульсов Г1 частотой фо через логический элемент И на счетчик Сч проходит Х импульсов. Очевидно, что число Ж пропорци онально Л/, а значит и и„х.

Фронт сигнала 2 делителя частоты ДЧ (частота его выходных сигналов в К раз меньше /О) устанавливает триггер Т через одновибратор Гз, в состояние /, сбрасывает Сч в нулевое состояние и запускает Г2. Срез сигнала 2 дает команду на запись кода из Сч в регистр цифрового отсчетного устройства ЦОУ Когда ип становится больше и„„, фронт сигнала 4 через одновибратор Г4возвращает триггер Тв исходное состояние. Из рис.8.38,6 видно, что г 1 2 К концу второго такта и(г;)= — Л1)И1 Г'„. + Л~~й Ц)=0, (8.3) ) где т. — постоянная интегрирования на втором такте, и Л11/т1 Евх Мт~ ~СО:Л12 Л11I~-г ~/вх (8.32) если т1=т, 383 о1 Рис 8.39 Структурная схема вольтметра с двухтактным ин гегрированием 1а) и его временные диаграммы (6) Заметим, что долговременной стабильности т не требуется.

1'ак как Л~ =сопя~ (определяется Л'~ — постоянным для заданного преоб 1 разователя напряжения в код (ПИК) и сУ0=сопзФ, то А~2 — — 1 (' „. Очевидно, что Ь|2 — — Х~Т = Жзl~, где Т и ~ — период и частота сигналов ГТИ, а Л~ ~ — Х~ Т = Иф. Учитывая это, можно записать; х, цт — ы ц(,~ гт — г,.~ ы ~у (8.33) Частота~ отсутствует в уравнении шкалы (предполагается, что г стабильна в течение цикла измерения).

Значит, требуется кратковре менная стабильность и не требуется долговременной. Вопрос 8.13. Какие достоинства у цифровых вольтметров? Варианты ответа 8.13.1 Высокая точность и чувствительность, цифровой отсчет результата измерения, широкий диапазон измерений. 8.13.2. ?Пирокая полоса частот, возможность влиять на процесс измерения. 8 13.3 Сложная электрическая схема, большое число элементов схемы. Вопрос 8.14 Какими особенностями обладает вольтметр с двухтакгным интегрированием? Варианпгы опгвета 8.14.1. Зависимостью показаний вольтметра от частоты генератора тактовых импульсов. 8.14.2 Кратковременной стабильностью частоты генератора тактовых импульсов.

8.14.3. Пониженной помехозащищенностью вольтметра. 8.11. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИП ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕННЪ|Х НАПРЯЖЕНИЙ Часто приходится иметь дело с измерением переменных напряжений и токов Многофункциональные ЦИП вЂ” мультиметры, выполняют, как правило, на основе ЦВ, дополненных преобразователями входной величины в постоянное напряжение, Эти преобразователи используют в виде сменных блоков.

Так как получить при построении мультиметров погрешность меньше, чем при измерении постоянного напряжения невозможно, то основной проблемой в этом случае является обеспечение высокой точности преобразователей входных величин Преобразователи среднего по модулю переменного напряжения (назовем сокращенно ПС) строятся на базе операционных усилителей из-за простоты схемотехническои реализации, возможности использования интегральных микросхем, высоких метрологических харак теристик Для реализации соотношения 384 Гг вых х 1 ~ 3 ~ 2 обр4 ~8.35) Если выбрать отношение Аз/А~ — — л/за, то Ь',„„без учета погрешностей будет равно действующему значению с/ . х а) б) Рис.8.40. Схема преобразователя среднего по модулю переменного напряжения (а) и его временные диаграммы (о) 385 с/„= 1/Т,Г~и,(г)~ / (8.34) рассмотрим схему, часто используемую на практике (рис.8.40,а).

Это однополупериодное выпрямительное устройство с разделенными цепями ООС для положительной и отрицательной полуволн входного напряжения. Постоянная составляющая выходного напряжения С~„,„, пропорциональная У,~, выделяется с помощью фильтра Ф. Благодаря поочередной работе двух симметричных ветвей с диодами И)1 и ~'Й~ и резисторами А~ и Аз, в каждой из этих ветвей происходит однополупериодное выпрямление, но ток через резистор А~ является синусоидальным. Важно, что рВ~ оказывается включенным в прямой тракт, а не в цепи ООС, поэтому нелинейность и нестабильность его характеристик почти не влияют на функцию преобразования. Главным фактором, определяющим погрешность ПС, оказывается нелинейность и нестабильность обратных сопротивлений диодов А б . обр' Действительно, с учетом приведенных диаграмм (рис.8.40,б) имеем Рис.8.41. Схема преобразователя действующего значения напряжения Преобразователи действующего значения напряжения (ПДЗ) должны выполнять достаточно сложный алгоритм преобразования и,= (8.36) Вопрос 8.15.

Как влияют преобразователи входной величины на погрешность измерения переменных напряжений ЦВ? Варианты агггвеггга: 8.15.1. Чем выше точность преобразователя, тем меньше погрешность измерения. 8.15.2. Точность преобразователя не влияет на погрешность измерения. 8.15.3. Влияние на погрешность измерения зависит от значения входного напряжения. 386 т.е. возведение в квадрат, усреднение по времени, извлечение корня. До последних лет схемотехническая реализация таких алгоритмов вызывала трудности и поиски велись по проектированию элементов с квадратичной характеристикой (чаще — термопары).