Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Приборы имеют повышенную помехозащищенность. Относительная погрешность измерений имеет порядок +-0,0057о. Приборы, как правило, многопредельные, с 3 — 7-значным цифровым отсчетным устройством. Разрешающая способность может достиг гать 0,1 мкв. 1$ Частотные интегрирующие ЦВ содер- жат АЦП с промежуточным частотным преобразованием (см. гл. 3). Значение измеряемого напряжении определяется числом импульсов на выходе преобразователя за фиксированный интервал времени Т.
Рис. 9.9, в иллюстрирует эффект интегрирования при преобразовании входного напряжения, приводящий к ослаблению помех из-за паводок промышленной сети. Погрешность вольтметров данного типа имеет порядок -+-0,01 тю Недостатком интегрирующих вольтметров является относительно малое быстродействие вследствие того, что время интегрирования должно быть равно (или в целое число раз больше) периоду напряжения 50 Гц. ЦВ уравновешивающего преобразования (рис.
9.7, б) обладают высокой точностью. Это достигается за счет использования метода сравнения и введения в структурную схему ЦВ обратной связи. Напряжение обратной связи формируется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). ЦАП (рис. 9.10) осуществляет преобразование внешних сигналов, представленных кодом 1 — 2— 4 — 2=, в эквивалентное напряжение и„постоянного тока. Он включает четыре декады: единиц, десятков, сотен и тысяч. Преобразователь состоит из прецизионных резисторов, образующих потенциометр, источника высокостабильного тока 1„и управляемых электронных ключей.
Сопротивления резисторов выбраны в соответствии с принятым кодом входных сигналов. Веса различных декад учтены выбором соотношений однотипных резисторов. Переключение пределов измерений осуществляется дискретным изменением силы тока 1, . Так, например, если 1ст — 0,1 мА, то предел равен 9,999 В. Положение децимальной запятой устанавливается одновременно с переключением предела измерений. В ЦВ используются ЦАП с числом декад от 3 до 8, Помимо ЦАП функциональная схема ЦВ включает: входной интегратор и делитель измеряемого напряжения, схему сравнения, устройство программного управления, дешифратор (преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный) и цифровое отсчетное устройство.
Измеряемое напряжение и ' после интегрирования в пределах одного периода напряжения промышленной частоты поступает на делитель. Напряжение с выхода делителя, равное а„, поступает на схему сравнения. Одновременно на второй вход схемы поступает компенсирующее напряжение им формируемое ЦАП. В зависимости от знака разности и„— иь устройство программного управления изменяет компенсирующее напряжение иа до тех пор, пока не наступит приблизительное равенство сравниваемых напряжений. Режимы ключей, соответствующие этому моменту, посредством дешифратора преобразуются в десятичное число, которое и фиксируется отсчетным устройством прибора как ,результат измерения.
Алгоритм функционировании устройства управления должен обеспечить получение отсчета за минимальное число тактов управления. Одновременно это устройство осуществляет автоматический выбор предела измерений и определяет знак измеряемого напряжения. 492 Практическое применение находят два алгоритма уравновешивания напряжений. В зависимости от выбора алгоритма ЦВ делят на приборы развертывающего и следящего уравновешивания. Процесс измерения и различие алгоритмов рассмотрим на примере измерения напряжении, равного и«=3,275 В.
ЦВ развертывающего уравновешивания. Эти ЦВ имеют отличительную особенность — циклическое изменение ии от нуля до максимального значения. Алгоритм программного управления определяет последовательность коммутации ключей ЦАП, а 1и следовательно, и изменение напряжения иа в зависимости от бб ' сигналов схемы сравнения. После наступлении приблизительного равенства и, и ии АО коммутация ключей прекращается.
Сочетание их состояний 4б является дискретным сигналом иб измерительной информации, который фиксируется цифровым 19 отсчетным устройством. Для 1? х Ф б б 7 б у гблп тбн7бн 17 а сонращения записи при рассмотрении динамики работы вольтметров будем условно Рис. 911, График коииеисируюи!аго иаобозначать Включение отдель- иРижаиии ных резисторов в компенсирующую цепь ЦАП стрелкой, направленной вверх, выключение стрелкой, направленной вниз; индексами «+» или « †» — соотношение между и„ и иа на входе схемы сравнения.
Отдельные этапы коммутации ключевых схем будем заключать в квадратные скобки, помечая около них десятичные разряды, к которым относятся коммутирующие ключи„Допустим, что перед началом очередного цикла измерения все резисторы были выключены из компенсационной цепи и ее выходное напряжение было равно нулю (рис. 9.!1). Для повышения быстродействия процесс уравновешивания начинают с включения резистора ки* старшей декады. После включения сравнивают компенсирующее напряжение иа! с измеряемым напряжением и,. и если окажется, что ии! и то яиа отключается и одно-временно включается резистор с меньшим сопротивлением. Если же после первого включения окажется, что аи!<и„, то дополнительно включают резистор )г,. Так продолжается до тех пор, пока не наступит равенство иа и и,. Последовательность включения резисторов для компенсации измеряемого напряжения и„= =3,275 В можно представить следующей условной записью, разбитой на последовательные такты: ((Ла'.1') ! + (1!«1)и++ (Лат )!г ) з++ + (Й2)» Й!! )4 Ь+((!!2 Г)3 +(Ла! )6 +Ф4(~ ~2! )! +( и(' ! )а + + (Л! ) а Ь+((Йи*! ) !О + (!!41) 3! + (а!21) !2 + %2(' И!( ) !3 )!+ +((Аи*(') и +(Ра() !и++(й«4, Ри() ги +(%ф) Ла...
7 — 1928 193 Таким образом, в результате 17 последовательных проб оказались включенными в компенсационную цепь 9 резисторов: Л, (все разряды); )г«(разряд десятков); )г» (разряд единиц) и Ж (разряд тысяч, десятков и единиц). Суммарное сопротивление резисторов равно 32,75 кОм. Так как сила тока, протекающего по цепи, выбрана равной 0,1 мА, то полученное при этом напряжение и»=3,275 В. Последняя величина действительно совпадает со значением измеряемого напряжения и„. Комбинация включенных резисторов (ключей) является числовым эквивалентом и„, представленным четырьмя разрядами двоично-десятичного кода 2' 421.
Далее эта информация о величине и преобразуется в деситичный цифровой отсчет, который является результатом измерения (см. гл. 3). Приборы следящего уравновешивания. Рассмотрим последовательность включения резисторов при использовании следящей логики. По-прежнему будем считать, что и„=3,275 В и перед началом измерения все резисторы выключены, а и»=0. Процесс измерения разобьем на отдельные этапы. П е р в ы й э т а п (и„> их) . Устройство сравнения при этом соотношении напряжений формируют сигнал, который условно обозначим знаком «+». Под воздействием этого сигнала блок программного управления будет последовательно включать резисторы в цепь начиная с младшей декады.
Последнее будет сопровождаться повышением из от 0,000 до 3,999 В. На последнем шаге произойдет изменение соотношения между и» и и„и появится новый сигнал, который обозначим знаком « †». В то р о й эт а п (и„(иь). На этом этапе происходит понижение напряжения из путем выключения всех сопротивлений последовательно в трех младших разрядах. При этом напряжение и» проходит такие последовательные изменения: от 3,999 до 3,990 В, далее до 3,900 В и, наконец, до 3,000 В. Третий этап (и„>и»). При этом вновь формируется сигнал «+» и происходит новое последовательное включение резисторов начиная с младшего разряда. В результате и„.возрастает до величины, равной 3,299.
Четвертый этап (и„<и»). Формируется сигнал « — », и происходит одновременное выключение всех резисторов двух младших 'декад. В результате напряжение и» уменьшается до зна'чения, равного 3,200 В. Пятый этап (и»>из). Вновь формируется сигнал «+» и происходит последовательное включение резисторов начиная с младшего разряда. При этом напряжение и„возрастает от 3,200 до 3,279 В. Последний шаг пятого этапа приводит к изменению на обратное соотношение между и и иь Шестой этап (и„(иь). Формируется сигнал « — », в результате которого выключаются все сопротивления младшей декады.
Напряжение и„изменяется от 3,279 до 3,270 В. С ед ь м о й э т а п (и„>и»). При этом вырабатывается сигнал «+» и начинается последовательное включение резисторов млад- 194 шей декады. Символически этот процесс можно изобразить так) ((Р1')) + (Й1') Л2')) + (Р1( )++ (Й1(, Нз г)++ (Й~ )) ~о. При последнем включении резистора Я, напряжение иь принимает значение 3,275 В и устанавливается равенство между и«н иь Дальнейшее поступление сигналов управления прекращается, а код, представленный положением ключевых схем компенсационной цепи, после дешифрования воспроизводится на отсчетном устройстве прибора.
Из сравнения процедур измерения следует, что первая из рассмотренных логик обеспечивает большее быстродействие. Вместе с тем следящая логика также имеет преимущества. Допустим, что измеряемое напряжение и„претерпевает небольшое изменение. Так, пусть новое значение и,=3,277 В. Очевидно, что в момент этого изменения появится сигнал «+» и после двух шагов вновь установится режим компенсации измеряемого напряжения.
Или допустим, что измеряемое напряжение и«приняло значение 3,274 В. В этом случае будет выработан сигнал « — ъ н в соответствии с действующей программой будут выключены все резисторы младшей декады. Затем четырьмя последовательными шагами будет вновь восстановлено равенство напряжений. Таким образом, следящая логика быстро реагирует на малые изменения измеряемого напряжения.
В то же время развертывающая (циклическая) логика каждое измерение начинает с последовательного изменения компенсирующего напряжения от нулевого уровня. ЦВ следящего уравновешивания целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо фиксировать малые изменения контролируемого напряжения, а приборы развертывающего уравновешивания — в разветвленных системах контроля с периодической коммутацией измеряемых напряжений. ЦВ переменного напряжения.
Рассматриваемые вольтметры отличаются от вольтметров постоянного напряжения наличием до. полнительных преобразователей. Для преобразования переменного напряжения в пропорциональное постоянное применяют измерительные преобразователи выпрямительного или термоэлектрического типа (см. гл. 3). В зависимости от типа преобразователя его выходное напряжение может быть пропорционально действующему, амплитудному или средневыпрямлеиному значению измеряемого напряжения. Так как характеристики дополнительных преобразований существенно влияют на метрологические свойства цифровых вольтметров, то применяют специальные меры для повышения точности и линейности преобразования, а также для расширения их частотного и динамического диапазонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
