Цифровой вольтметр с числоимпульсным преобразованием

Метод числоимпульсного преобразования выполняется с использованием развертывающего сигнала. Структурная схема цифрового вольтметра (ЦВ) представлена на рисунке 7.7. Измеряемое напряжение U_x уравновешивается образцовым напряжением U_x поступающем на генератор ступенчатого напряжения. Это напряжение изменяется на DU_x. с приходом каждого импульса. Одновременно импульсы от генератора импульсов поступают на ключ и далее на счетчик импульсов. Этот процесс продолжается до момента равенства U_k и U_x, что фиксируется сравнивающим устройством. В момент равенства напряжений на выходе сравнивающего устройства появляется стоп - импульс, который через триггер закрывает ключ, прекращая тем самым доступ импульсов от генератора к счетчику.

Счетчик подсчитывает число импульсов от момента начала преобразования, задаваемого старт- импульсом, до момента появления стоп -импульса от сравнивающего устройства. Измеренное выходное напряжение равно U_x=N_x×DU_x.

При использовании такого метода преобразования можно реализовать следящий режим работы. В этом случае вместо обычного счетчика импульсов необходимо применять реверсивный счетчик, состояние. которого изменяется в зависимости от сигнала «>» или «<» с выходного сравнивающего устройства.

Рисунок 7.7 – Структурная схема ЦВ с числоимпульсным преобразованием

DU_к = const

Рисунок 7.8 – Временные диаграммы работы ЦВ с числоимпульсным преобразованием

Появление этих сигналов свидетельствует о том, что входное напряжение увеличилось либо уменьшилось по сравнению с первоначальным. Напряжение на выходе генератора ступенчатого напряжения также либо увеличилось, либо уменьшилось и при этом реверсивный счетчик работает в режиме суммирования либо режиме вычитания, вследствие чего показания либо увеличиваются, либо уменьшаются. Время преобразования таких ЦВ составляет 10² или 10³ срабатываний в секунду. Погрешность 0,02–0,1 %.

В ЦВ частотно-импульсного преобразования, который также относится к устройству с числоимпульсным преобразованием, входная величина предварительно преобразуется в частоту импульсов, которая далее измеряется рассмотренным выше методом.

7.8 ЦВ с времяимпульсным преобразованием

Данные приборы делятся на приборы с преобразованием мгновенных и средних за определенное время значений входных сигналов. В тех и в других входная величина преобразуется во временной интервал, который затем преобразуется в цифровую форму. Структурная схема такого устройства имеет вид, приведенный на рисунке 7.9, временная диаграмма приведена на рисунке 7.10.

СУ- сравнивающее устройство; ГИСЧ- генератор импульсов стабильной частоты; ГЛН- генератор линейно изменяющегося напряжения; СИ-счетчик импульсов; СУ1, СУ2 -сравнивающие устройтсва

Рисунок 7.9 - Структурная схема ЦВ с времяимпульсным преобразованием

, но ,

где к – коэффициент нарастания U_k.

.

Выход ГЛН соединен со входами двух сравнивающих устройств с момента запуска t₀, когда U_k начинает линейно нарастать, СУ поочередно срабатывают в моменты времени t₁ и t₂. В момент t₁ срабатывает СУ1, в момент t₂ –СУ2. При этом на выходах СУ1 и СУ2 появляются импульсы, переводящие триггер в два состояния. На протяжении t_x = t₂ - t₁, ключ открыт и через него импульсы стабильной частоты от ГИСЧ поступают на СИ.

ЦВ времяимпульсного преобразования отличается простотой реализации, возможностью построения отдельных узлов и АЦП, и АЦП в целом виде интегральной МС. Эти ЦВ при основной приведенной погрешности от 0,05% до 0,15 % отличаются достаточно высоким быстродействием. Погрешность в основном обусловлена нелинейностью U_k, нестабильностью порогов срабатывания сравнивающих устройств, нестабильностью частоты f₀ ГИ.

Рисунок 7.10 – Временные диаграммы ЦВ с времяимпульсным преобразованием

ЦВ времяимпульсного преобразования отличается простотой реализации, возможностью построения отдельных узлов и АЦП, и АЦП в целом виде интегральной МС. Эти ЦВ при основной приведенной погрешности от 0,05% до 0,15% отличаются достаточно высоким быстродействием. Погрешность в основном обусловлена нелинейностью U_k, нестабильностью порогов срабатывания сравнивающих устройств, нестабильностью частоты f₀ ГИ. Недостатком таких приборов является их низкая помехоустойчивость. Для уменьшения погрешности и влияния помех применяют цифровое усреднение восьми и более результатов преобразования. При времени преобразования 0,02-0,10 сек. По такой схеме построены ЦВ: В7-16, В71-ВА и др.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: