Схема цифрового вольтметра с поразрядным кодированием
Измеряемое напряжение подается через входное устройство на один вход схемы сравнения (нуль-органа), ко второму входу которого подводятся напряжения из блока образцовых напряжений. Схема управления, задающая принудительный ритм работы, посылает в блок образцовых напряжений тактовые импульсы, с помощью которых последовательно подключаются образцовые напряжения, соответствующие разрядам кода. Подключение начинается со старшего разряда. В схеме сравнения измеряемое напряжение сравнивается с образцовым напряжением (суммой образцовых напряжений Uобр). Это сравнение заключается в вычитании Uобр из Uизм. Если Uобр < Uизм («мало»), т.е. разность Uизм — Uобр > 0, то выходное напряжение схемы сравнения не оказывает воздействия на схему управления.
Последняя работает обычным образом и в следующий очередной такт выдает тактовый импульс, подключающий к предыдущему образцовому напряжению (предыдущей сумме образцовых напряжений) напряжение следующего низшего разряда. Если и после этого Uизм— Uобр > 0 , то схема управления, не реагируя на выходное напряжение схемы сравнения, а следующий такт прибавляет к сумме образцовых напряжений еще одно напряжение — следующего низшего разряда и т. д. В случае же, когда после тактового импульса Uобрстановится больше Uизм («много»), т.е. разность Uизм — Uобр < 0, выходное напряжение схемы сравнения действует на схему управления. Последняя посылает в блок образцовых напряжений импульс, снимающий образцовое напряжение подключенного в данном такте разряда. Таким образом, этот разряд пропускается.
|
|
|
Далее в очередной такт подключается напряжение следующего за пропущенным более низкого разряда и т. д. Процесс заканчивается после сравнения измеряемого напряжения с полным набором образцовых напряжений.
Образцовые напряжения, оставшиеся включенными к моменту равновесия, дают значение измеряемого напряжения в определенном коде. С помощью схемы вывода информации, в состав которой обычно входит дешифратор, преобразующий данный код в десятичный, число, соответствующее использованному набору образцовых напряжений, передается в устройство цифрового отсчета.
Применяемые аналого-цифровые преобразователи дают высокую точность (при стабильных источниках питания) и позволяют получить высокое быстродействие (при использовании быстродействующих коммутаторов и других элементов в схеме управления).
Имеются схемы вольтметров поразрядного уравновешивания, выполненные полностью на элементах микроэлектронной техники.
б) Цифровые вольтметры, реализующие кодо-импульсный метод преобразования.
В этих вольтметрах измеряемое напряжение преобразуется в цифровой код путем последовательного сравнения его с рядом дискретных значений известной величины, изменяющихся по определенному закону.
Таким образом, эти ЦВ относятся к вольтметрам уравновешивающего преобразования. По принципу своей работы они являются неинтегрирующими. Однако дополнение схемы такого ЦВ функциональными узлами, обеспечивающими усреднение результатов измерений, преобразует их в ИЦВ с усреднением, по аналогии со схемой ИЦВ реализующего время-импульсный метод преобразования.
Уравновешивание в кодо-импульсных ЦВ может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании сравнивается с компенсирующим известным напряжением , которое изменяется по определенной, заранее установленной программе, не зависящей от самого хода процесса уравновешивания. При достижении равенства процесс уравновешивания прекращается и фиксируется результат измерения, равный значению компенсирующего напряжения . Однако отсчет показаний производится только по окончании всего изменения . При этом может возникнуть динамическая погрешность , обусловленная изменением измеряемого напряжения за интервал времени между моментами уравновешивания и отсчета.
При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями , а цифровая следящая система обеспечивает уравновешивание и . Отсчет производится в момент равенства , или по внешним командам. Следящее уравновешивание сложнее в технической реализации, но при прочих равных условиях обеспечивает меньшую динамическую погрешность, которая не превышает шага квантования.
В свою очередь развертывающее уравновешивание может быть реализовано в виде двух алгоритмов в зависимости от характера изменения : равномерно-ступенчатое увеличение или уменьшение до и поразрядное уравновешивание и .
Рассмотрим работу ЦВ по второму алгоритму, т.е. поразрядного уравновешивания, так как ЦВ по первому алгоритму редко применяются на практике из-за малого быстродействия и невысоких метрологических характеристик.
Зарисуем упрощенную структурную схему кодо-импульсного ЦВ с поразрядным уравновешиванием и эпюры, поясняющие процесс сравнения и и формирование кодового сигнала (рисунок 3)
Рисунок 3 - Структурная схема (а) и временная диаграмма (б), поясняющая работу кодо-импульсного ЦВ поразрядного уравновешивания
Принципиальной особенностью такого ЦВ является наличие цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). С его помощью реализуется цифровая отрицательная обратная связь путем преобразования цифрового двоичного кода в аналоговое . Таким образом изменяется по двоичной системе счисления. Сравнение и осуществляется в компараторе. Это сравнение всегда начинается со старшего разряда, подключаемого первым тактовым импульсом УУ. Если при этом < (рисунок 2 б), то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульса подключает в ЦАП напряжение очередного разряда . Одновременно с этим УУ формирует двоичный код для ОУ и в данном случае в нем запоминается единица. Если теперь > , срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое в свою очередь снимает в ЦАП напряжение этого разряда. Разряд пропускается, а в УУ запоминается 0. Далее очередным тактовым импульсом подключается напряжение следующего за пропущенным разряда и т.д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов . Полученный код подается на ОУ, где он преобразуется и результат измерения воспроизводится в цифровой форме в виде десятичного числа.
Эта схема может реализовывать и следящее уравновешивание и . Разница заключается в алгоритме работы УУ, управляющего ЦАП. В этом случае система отрабатывает не , а разность . Это позволяет в ряде случаев повысить точность и быстродействие ЦВ. Однако с другой стороны появляется возможность возникновения автоколебаний в системе. Точность таких ЦВ определяется в основном точностью ЦАП и порога срабатывания компаратора. В целом такой ЦВ обладает достаточно хорошими характеристиками.
В качестве примера кодо-импульсного ЦВ можно привести вольтметр В2-19. = (100 мкВ - 1000 В), , не менее .
|
|
|
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 319; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!