Цифровые вольтметры постоянного тока с частотно-импульсным
Преобразованием (интегрирующие)
В интегрирующем цифровом вольтметре осуществляется преобразование напряжения Ux в частоту f. Преобразователь напряжения-частота может быть выполнен на транзисторах или операционных усилителях. Вольтметр содержит интегратор - устройство, выходное напряжение которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения, т.е.
где - k постоянная интегрирования.
Схема интегрирующего вольтметра с импульсной обратной связью представлена на рис. 9, а. Измеряемое напряжение Ux интегрируется и подается на устройство сравнения, на другой вход которого поступает напряжение U0 с источника образцового напряжения. В момент равенства выходного напряжения интегратора Uинт и напряжения U0, устройство сравнения включает формирователь импульсов обратной связи, формирующий в течение интервала времени toc импульс амплитудной Uoc, постоянной вольт-секундной площади Uoc·toc (рис. 9, б), не зависящий от Ux.
Цикл работы формирователя импульсов обратной связи определяется интервалом времени T x = tинт + toc, зависящим от значения напряжения Ux.
Для процесса заряда и разряда интегратора справедливо выражение
. (4)
где 
= t1, 
= t2.
При прямоугольной форме импульсов амплитудой Uос
;
(5)
где 
.
Следовательно, уравнение преобразования можно записать в виде
|
|
|
, (6)
т.е. параметры преобразователя «напряжение-частота» не зависят от значений емкости С и образцового напряжения U0 и определяются только отношением сопротивлений интегратора и стабильностью площади импульса обратной связи. Частота следования импульсов обратной связи измеряется за определенный интервал времени цифровым частотомером. Подобные схемы могут обеспечить общую погрешность преобразования U / f не более 0,1 %.
На значение общей погрешности существенное влияние может оказать дрейф нуля интегратора, поэтому в преобразователях малых напряжений в частоту используют различные способы компенсации дрейфа нуля интегратора, не ухудшая быстродействие.
Частотно-импульсное преобразование используется в вольтметрах В2-23, В7-21, В7-46 и др.
Цифровые вольтметры постоянного тока с двойным интегрированием
Метод время-импульсного преобразования в сочетании с двойным интегрированием позволяет эффективно ослабить влияние помех, измерить напряжение обеих полярностей, получить входное сопротивление, равное единицам гигаом, и малую погрешность измерения без предъявления особых требований к постоянству линейно-изменяющегося напряжения.
|
|
|
Вольтметр (рис. 10, а) содержит интегратор, на вход которого подается напряжение Ux либо напряжение U0. Измерение напряжения Ux выполняется в два такта. На первом такте (интегрирование "вверх") интегральное значение измеряемого напряжения Ux запоминается на выходе интегрирующего усилителя, на втором такте (интегрирование "вниз") интегрированное значение напряжения преобразуется во временной интервал Dtn, в течение которого на счетчик от генератора счетных импульсов поступают импульсы образцовой частоты. Число прошедших импульсов N эквивалентно напряжению Ux и выражается значением N = kUx, где k - постоянная.
В исходном состоянии все электронные ключи К разомкнуты. В начале первого такта (в момент времени пуска) устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутым фронтом и срезом. В момент появления фронта импульса ключи К1 и К3 замыкаются, в результате чего на вход интегратора поступает измеряемое напряжение и импульсы с частотой следования начинают поступать от генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону (рис. 10, б), пропорционально Ux:
|
|
|
, (7)
где t1 - постоянная интегрирования на первом такте.
Когда на счетчик поступит Nm импульсов, он будет заполнен и импульс Nm + 1 в момент времени t2 сбросит его в нулевое состояние. При этом размыкается ключ К1 и замыкается ключ К2, в результате чего ко входу интегратора прикладывается от источника образцового напряжения U0, полярность которого обратна полярности напряжения Ux. В этот момент заканчиваются интегрирование "вверх" и начинается интегрирование "вниз".
Напряжение начинает убывать по линейному закону пропорционально напряжению
, (8)
где Dtn - длительность первого такта интегрирования; t2 - постоянная интегрирования на втором такте.
Импульсы от генератора счетных импульсов продолжают поступать на счетчик. В момент времени t3 напряжение Uинт становится равным нулю. Устройство сравнения, второй вход которого соединен с корпусом прибора, срабатывает и размыкает ключ К2. Для момента времени t3 справедливо соотношение:
(9)
где Dt - длительность второго такта интегрирования.
За время Dt на счетчик поступило N импульсов. Код числа импульсов N через дешифратор передается в устройство цифрового отсчета.
|
|
|
Из приведенного выше соотношения для момента времени t3 следует, что
, (10)
где t1=t2=t=R C - постоянная времени интегратора; R, C - параметры элементов схемы интегратора.
Откуда 
(11)
Интервал времени Dt прямо пропорционален значению напряжения Ux и не зависит от постоянной времени интегратора, т.е. для осуществления метода время-импульсного преобразования с двойным интегрированием не требуются цепи с высокостабильными элементами.
Число прошедших импульсов N, выражающих значение Ux, равно
. (12)
Длительность интегрирования "вверх" Dtn и значение образцового напряжения U0 могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, и поэтому погрешность преобразования напряжения во временной интервал при этом методе незначительна.
После размыкания ключа К2 прибор приходит в исходное положение и готов к новым измерениям. До начала нового измерения производится коррекция дрейфа интегратора и устройства сравнения при разомкнутых ключах.
Метод время-импульсного преобразования в сочетании с двойным интегрированием используется в вольтметрах Ф30, Щ300, В7-35, В7-40.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 391; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!