Основные параметры цифровых вольтметров
Лабораторная работа № 8
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
ЦИФРОВЫХ ПРИБОРОВ
Цель работы: Ознакомиться с принципом действия и работой цифровых вольтметров и омметров. Изучить правила пользования цифровыми приборами.
Задание: 1 При подготовке к лабораторной работе изучить принцип действия цифровых вольтметров с поразрядным кодированием, с время-импульсным преобразователем, с частотно-импульсным преобразователем, с двойным интегрированием, а также цифровых приборов для измерения сопротивления, емкости, индуктивности.
2 Изучить устройство лабораторной установки, принцип действия используемых в лабораторной работе приборов, усвоить порядок выполнения работы.
3 В ходе экспериментальной части работы произвести измерения постоянного и переменного напряжений, измерить значения сопротивлений.
Общие сведения
Непрерывная величина x(t) - величина, которая может иметь в заданном интервале времени при бесконечно большом числе моментов времени бесконечно большое число значений. Любая непрерывная величина, ограниченная некоторыми предельными значениями, может быть дискретизирована во времени и квантована по уровню.
Дискретизация - физическая операция преобразования непрерывной во времени величины в дискретную, при которой сохраняются ее мгновенные значения только в определенные моменты времени (моменты дискретизации).
|
|
|
 |
Шаг дискретизации - промежуток времени Dt между двумя ближайшими моментами дискретизации. Шаг дискретизации может быть постоянным (рис. 6, а) или переменным. При дискретизации теряется часть информации, однако каждое значение дискретной величины строго связано определенным моментом времени. Дискретный сигнал в отличие от непрерывного может иметь только конечное число значений.
Квантование - физическая операция преобразования непрерывной величины в квантованную, заменой ее мгновенных значений ближайшими фиксированными значениями, совокупность которых образована по определенному закону.
Квант Dx (ступень квантования) - разность между двумя соседними значениями x1 и x2 (рис. 6, б). При квантовании теряется часть информации, но получаемое в результате квантования значение величины известно с точностью, определяемой ступенью квантования. В результате равномерного квантования мгновенные значения непрерывной величины представляются конечным числом ступеней квантования.
Цифровое кодирование - операция условного представления числового значения величины последовательностью цифр (сигналов), подчиняющихся определенному закону.
|
|
|
Цифровые измерительные приборы (ЦИП) автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину или ее аналог (физическую величину, пропорциональную измеряемой) в дискретную форму, подвергают цифровому кодированию и выдают результат измерения в виде чисел, появляющихся на отсчетом устройстве или фиксируемых цифропечатающим устройством.
Цифровые измерительные приборы многопредельны, универсальны, предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного токов, частоты, фазы, сопротивления, отношения напряжений и других электрических, а также неэлектрических величин. Среди измерительных приборов особое место занимают цифровые вольтметры, позволяющие обеспечить автоматический выбор предела и полярности измеряемых напряжений; автоматическую коррекцию погрешностей; малые погрешности измерения (0,01 ¸ 0,001 %) при широком диапазоне измеряемых напряжений (от 0,1 мкВ до 1000 В), выдачу результатов измерения в цифровом виде, документальную регистрацию с помощью цифропечатающего устройства, ввод измерительной информации в ЭВМ и сложные информационно-измерительные системы. Основные недостатки цифровых вольтметров - сложность схем, высокая стоимость, меньшая надежность.
|
|
|
Цифровой вольтметр в отличие от аналогового содержит аналого-цифровой преобразователь (кодирующее устройство) (АЦП), устройство цифрового отсчета.
Цифровые вольтметры классифицируют по способу преобразования непрерывной величины в дискретную, структурной схеме АЦП, применяемым техническим средствам, способу компенсации.
По способу преобразования различают цифровые вольтметры с поразрядным кодированием (взвешиванием), с время- и частотно-импульсными преобразованиями.
В цифровых вольтметрах с поразрядным кодированием происходит последовательное сравнение измеряемой величины с рядом дискретных значений образцовой величины; в цифровых вольтметрах с времяимпульсным преобразованием значения измеряемой величины преобразуются во временной интервал Dt с последующим заполнением этого интервала импульсами N образцовой частоты (счетными импульсами); в цифровых вольтметрах с частотно-импульсным преобразованием (интегрирующих) происходит преобразование значения измеряемого напряжения Ux в частоту f следования импульсов.
По структурной схеме АЦП цифровые вольтметры делятся на вольтметры прямого преобразования и уравновешивающего преобразования. В вольтметрах прямого преобразования отсутствует обратная связь с выхода на вход и непрерывная измеряемая величина непосредственно преобразуется в дискретную. В вольтметрах уравновешивающего преобразования обязательно имеется обратная связь, т.е. входная величина в процессе преобразования уравновешивается выходной.
|
|
|
По применяемым техническим средствам цифровые вольтметры делятся на электромеханические вольтметры (переключающие устройства измерительной цепи строятся на контактных элементах - электромагнитные реле, шаговые искатели, реверсивные электродвигатели) и электронные вольтметры (переключающие устройства измерительной цепи построены на бесконтактных электронных элементах - электронные ключи, триггеры и др.).
Электромеханические цифровые вольтметры обладают большой точностью и малым быстродействием (1-2 измерения/с), а электронные цифровые вольтметры - меньшей точностью, но большим быстродействием (десятки тысяч измерений в секунду).
По способу уравновешивания цифровые вольтметры делятся на вольтметры со следящим и развертывающим уравновешиванием. В вольтметрах со следящим уравновешиванием измеряемая величина непрерывно сравнивается с компенсирующей величиной. В вольтметрах с развертывающим уравновешиванием операция сравнения величин измеряемой и компенсирующей происходит по определенной наперед заданной программе. Компенсирующее напряжение принудительно изменяется от нуля до максимального значения и прекращает это изменение в момент равенства напряжений, т.е. при Ux=Uк.
Для улучшения параметров цифровых измерительных приборов создаются комбинированные структуры с одновременным использованием различных методов преобразования, адаптивные (приспосабливающиеся к параметрам измеряемого сигнала) структуры с автоматической коррекцией, автоматической калибровкой, структуры с устранением избыточной информации, со статической обработкой информации, с термостатирующими устройствами и т.п.; используются элементы, узлы, обладающие улучшенными характеристиками.
Основные параметры цифровых вольтметров
Точность преобразования определяется погрешностью квантования по уровню, характеризуемой числом разрядов в выходном коде.
Погрешность цифровых вольтметров имеет две составляющие, из которых одна зависит от измеряемой величины (мультипликативная), а другая не зависит (аддитивная). Такое представление связано с дискретным принципом измерения непрерывной величины, так как в процессе квантования возникает абсолютная погрешность, обусловленная конечным числом уровней квантования.
Абсолютная погрешность измерения напряжения
DU= ± (d Ux+m знаков) или DU= ± (d Uкз+m знаков), (1)
где d - относительная погрешность измерения; Ux - значение измеряемого напряжения; Uкз - конечное значение на выбранном пределе измерения; m знаков - значение, определяемое единицей младшего разряда цифрового отсчетного устройства (аддитивная погрешность дискретности).
Основная допускаемая относительная погрешность представляется в виде
, (2)
где c и d - постоянные числа, характеризующие класс точности прибора (указаны в паспорте).
Первый член погрешности не зависит от показаний прибора, а второй - увеличивается при уменьшении по гиперболическому закону.
Время преобразования - время, затрачиваемое на выполнение одного преобразования аналоговой величины в цифровой код.
Пределы измерения входной величины - диапазоны преобразований входной величины, которые полностью определяются числом разрядов и "весом" наименьшего разряда.
Чувствительность (разрешающая способность) - наименьшее различимое преобразователем изменение значения входной величины.
Наиболее распространенные формы входных величин ЦИП - напряжение или ток, временной интервал.
Системы кодирования - двоичная, двоично-десятичная и др.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 368; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!