Понятие об аналоговых и цифровых приборах
7.6. Понятие об аналоговых и цифровых приборах
7.7.1. Аналоговые электронные вольтметры.
В радиоэлектронных цепях к вольтметрам, как и другим измерительным приборам, предъявляются повышенные требования, такие как ничтожно малое потребление мощности, частотный диапазон измеряемого напряжения от единиц герц до сотен мегагерц, и в то же время слабая зависимость показаний от частоты измеряемого напряжения, высокая чувствительность и т. д. Этим требованиям не соответствуют стрелочные вольтметры, которые осуществляют непосредственную оценку (прямой отсчет) измеряемого напряжения. Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют аналоговые электронные вольтметры, использующие усилители измеряемых напряжений.
С учетом назначения электронные вольтметры подразделяются на вольтметры: постоянного и переменного тока, импульсного напряжения, универсальные и др. Функциональная схема универсального аналогового электронного вольтметра представлена на рис. 7.14, данный вольтметр является универсальным, т. е. предназначен для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.
Прибор состоит из двух входных устройств: преобразователя, усилителя постоянного тока и магнитоэлектрического измерителя. Входное устройство представляет собой высокоомный резистивный делитель напряжения служащий для изменения пределов измерения вольтметра.
Преобразователь (детектор) — устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, — используется при измерении цепях переменного тока.
7.7.2. Цифровые измерительные приборы.
Характерной чертой измерительных приборов со стрелочным указателем является некоторая субъективность в измерениях при определении положения стрелки на шкале прибора. Цифровые измерительные приборы (ЦИП) с цифровыми индикаторами лишены этого недостатка. Они широко применяются для измерения частоты, интервалов времени, напряжения и т.д.
ЦИП преобразуют измеряемую величину в дискретные или квантовые значения, осуществляют цифровое кодирование и выдачу результатов измерений в цифровом виде. К преимуществам ЦИП можно отнести: достаточно широкий диапазон измеряемых величин с высокой точностью измерений, возможность представления результатов измерения в цифровом виде, запись их цифропечатающим устройством, а также ввод в ЦВМ с последующей обработкой получаемой информации и дальнейшим ее использованием.
Рекомендуемые материалы
Рассмотрим работу ЦИП на примере электронного цифрового вольтметра с время-импульсным преобразованием, при котором измеряемое напряжение Ux, вначале преобразуется во временной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на рис. 7.15. Основными узлами цифрового вольтметра, которые осуществляют связь измеряемого напряжения с временным
Рис 7.15
интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоянного напряжения Ux устройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запускает ГЛИН, а также устанавливает триггер .в положение «О». Напряжение Ux подается на входное устройство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем постоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устройства 11. Вход 2 сравнивающего устройства I заземлен. На входы 1 сравнивающих устройств I и II подается линейно нарастающее напряжение uн (рис. 7.16). При равенстве входных напряжений сравнивающие устройства на. своих выходах вырабатывают короткий импульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства (uн = 0), второй импульс — от сравнивающего устройства 11 при uн = Ux При этом первый импульс посредством триггера обеспечивает начало работы ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных импульсов с периодом времени ТN . При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следовательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения Ux, с линейно нарастающим напряжением uн, так и преобразование его во временной интервал Тх .
Показания устройства цифрового отсчета определяются следующим образом:
Ux = tg β TN N ,
где TN — период импульсов генератора счетных импульсов;
N — число импульсов.
При выверке нуля прибора необходимо заземлить вход усилителя постоянного тока, а при градуировке его вход подключается к калибратору, т. е. источнику калиброванного напряжения. Если появляется необходимость измерения переменного напряжения, последнее после делителя подается на преобразователь, где преобразуется в постоянное, после чего подается на вход усилителя постоянного тока. Цифровые вольтметры обеспечивают высокую скорость преобразования (до тысячи измерений в секунду), а также малую погрешность измерения (0,01—0,001%) в диапазоне измеряемых напряжений от 0,1 мкВ до 1000 В.
Другими ЦИП являются: цифровой амперметр, цифровой амперметр, цифровой омметр, цифровой осциллограф.
Цифровой амперметр — измеритель силы тока с цифровой индикацией. В цифровых амперметрах используется косвенный метод измерения тока, заключающийся в измерении падения напряжения на образцовом резисторе с известным значением сопротивления посредством цифрового вольтметра. Цифровой амперметр является составной частью цифровых мультиметров, комбинированных измерительных приборов.
Лекция "Факторы народного воспитания" также может быть Вам полезна.
Основой цифрового мультиметра является цифровой вольтметр, который дополняется специальным переключающим устройством для измерения различных величин. При этом применяются электрические схемы цифровых амперметров и омметров.
Цифровой омметр—прибор для измерения сопротивления с цифровой индикацией.
Известны два способа измерений. Во-первых, мост измерительный Уитсона обеспечивает автоматическое уравновешивание. Для этого соединенные в соответствии с кодом сопротивления подключаются по команде устройства управления к мосту по очереди, пока не обеспечивается равновесие схемы. Второй способ заключается в пропускании через измеряемое сопротивление известного тока. Падение напряжения измеряется при помощи АЦП по способу компенсации и индицируется в цифровой форме в единицах сопротивления. Цифровой омметр является в частности, составной частью цифрового мультиметра.
Цифровой осциллограф—осциллограф с цифровой регистрацией измеряемого сигнала запоминанием и обработкой.
Аналоговый измерительный сигнал при помощи АЦП преобразуется в цифровою форму. В этом виде он может быть записан в запоминающее устройство. Цифровой осциллограф имеет микровычислитель, который может быть использован для точного расчета параметров измеряемых сигналов (например, значений переменного тока и и параметров импульсов) и/или программного управления измерительным процессом. Конструкция, как правило, отвечает требованиям агрегатирования благодаря чему этот прибор находит применение в измерительных системах. Через соответствующий интерфейс он может быть соединен с внешней ЭВМ в соответствии с концепцией объединения различных однотипных сменных блоков. Осциллографы, обеспечивающие вывод на экран информации и в буквенно-цифровой форме помимо обычного изображения сигнала, также называют цифровыми.
За последнее время интегральная электроника получила значительное развитие, что в свою очередь расширило сферу ее применения в измерительной аппаратуре.