 |
6.5 Цифровые вольтметры постоянного тока с двойным интегрированием
|
|
|
|
6. 5 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 содержит (рис. 6. 7, а) интегратор, на вход которого подается напряжение либо напряжение .
Измерение напряжения выполняется в два такта.
На первом такте (интегрирование «вверх») интегральное значение измеряемого напряжения запоминается на выходе интегрирующего усилителя, на втором такте (интегрирование «вниз») интегральное значение напряжения преобразуется во временной интервал, в течение которого на счетчик от генератора счетных импульсов поступают импульсы образцовой частоты. Число прошедших импульсов выражает значение, т. е. , где - постоянная.
В исходном состоянии все электронные ключи 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 и 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. 6. 7, б), пропорционально:
где - постоянная интегрирования на первом такте.
Когда на счетчик поступит импульсов, он будет заполнен и импульс в момент времени сбросит его в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ , в результате чего ко входу интегратора прикладывается от источника образцового напряжения напряжение, полярность которого обратна полярности напряжения. В этот момент заканчивается интегрирование «вверх» и начинается интегрирование «вниз».
|
|
|
Напряжение начинает убывать по линейному закону пропорционально напряжению
где - длительность первого такта интегрирования; - постоянная интегрирования на втором такте.
Импульсы от генератора счетных импульсов продолжают поступать на счетчик. В момент времени напряжение становится равным нулю. Устройство сравнения, второй вход которого соединен с корпусом прибора, срабатывает и размыкает ключ.
Для момента времени справедливо соотношение:
где - длительность второго такта интегрирования.
Рисунок 6. 7 - Схема цифрового вольтметра с двойным интегрированием (а) и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы ( б )
За время на счетчик поступило импульсов. Код числа через дешифратор передается в устройство цифрового отсчета.
После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям. До начала нового измерения производится коррекция дрейфа интегратора и устройства сравнения при разомкнутых ключах.
Из приведенного выше соотношения для момента времени следует, что
где - постоянная времени интегратора; - параметры элементов схемы интегратора.
Откуда
Интервал времени прямо пропорционален значению напряжения 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, выражающих значение , равно
|
|
|
Длительность интегрирования «вверх» и значение образцового напряжения могут поддерживаться постоянными с высокой точностью и поэтому погрешность преобразования напряжения во временной интервал при этом методе незначительна.
Метод время-импульсного преобразования в сочетании с двойным интегрированием используется в вольтметрах Щ1413, Щ1516.
6. 6 Цифровые вольтметры постоянного тока с комбинированным преобразованием
Комбинированные цифровые вольтметры сочетают в себе два метода преобразования частотно-импульсного и поразрядного кодирования: Они обеспечивают относительно высокую точность измерения, необходимую скорость, хорошее ослабление шумов, наводок, накладываемых на входной измеряемый сигнал.
На рис. 6. 8 представлена схема с комбинированным преобразованием вольтметра высокой точности.
Процесс измерения осуществляется путем двух выборок - грубой и более точной; Измеряемое напряжение поступает на входное устройство, а затем через устройство сравнения на преобразователь напряжения - частота. Поскольку при первой выборке ко второму входу устройства сравнения напряжение еще не подводится, то на выходе его действует измеряемое напряжение, преобразуемое в последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна (первичное интегрирование). Устройство управления замыкает электронные ключи на определенное время, через них проходят импульсы и счетчиком фиксируются только первые декады старшего разряда. Накопленное в счетчике число импульсов преобразуется с помощью цифро-аналогового преобразователя в постоянное напряжение, грубо равное.
Это напряжение поступает на второй вход устройства сравнения, в' котором оно вычитается из напряжения. Оставшаяся нескомпенсированная по старшим разрядам разность напряжений подвергается вторичному интегрированию. Разность вновь преобразуется в последовательность импульсов, которые подсчитываются за определенный отрезок времени остальными декадами младшего разряда счетчика (при этом замкнут ключ ). Результаты двух, измерений суммируются и только после этого устройство цифрового отсчета выдает окончательный результат.
|
|
|
