Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 [ 138 ] 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166


Uk/\

2/ К

0.5То

To t

Рнс. 10.10. Структуры цифровых вольтметров с преобразованием t/?х> которых погрешность от квантования Тх уменьшается введением постоянного сдвига 0,5 Та между

старт-импульсом и первым квантующим импульсом: о - с помощью ЛЗ; б - с помощью дополнительного делителя импульсов, с коэффициентом деления, равны!и 2.

при изменении скорости изменения и, т. е. Vu (при изменении напряжения питания генераторов компенсирующего напряжения и их параметров и С, от нелинейности изменения и).

Кроме этого, при измерении интервалов времени Тх возникают в основном две погрешности: от квантования интервала Тх (п. 6.3) и от нестабильности Т-При относительной нестабильности Гр, равной Л, в показаниях цифрового вольтметра возникает погрешность такого же значения, только с обратным знаком. Нестабильность У,, должна быть минимальной.

Для уменьшения погрешности от квантования можно: увеличить полисе время развертки пилы, т. е. Т(однако при этом снижается быстродействие, и высокую линейность напряжения развертки получить труднее); уменьшить Та (однако эта мера ограничивается быстродействием первых разрядов счетчика импульсов); уменьшить погрешность от квантования интервала времени Тх способами, указанными ранее (п. 6.3), а также введением постоянного сдвига 0,5 Го между старт-импульсом и первым квантующим импульсом.

Введение сдвига 0,5 Го между старт-импульсом и первым квантующим импульсом в схемах цифровых вольтметров развертывающего уравновешиваиня можно осуществить при помощи линии задержки или дополнительного делителя импульсов с коэффициентом деления Кд = 2.

В схеме с линией задержки (рис. lO.lO.a) делитель частоты с коэффициентом деления п пропускает на выход каждый л-й импульс. Этот импульс посылается непосредственно на ключ SW к. открывает его и, кроме того, посылается через линию задержки на генератор линейно-измеияющегося напряжения ГЛИН. ЛЗ задерживает импульс на 0,5 Го, поэтому между моментом начала развертки, т. е. между старт-импульсом,и первым квантующим импульсом будет постоянный сдвиг 0,5 Го.

Во второй схеме (рис. 10.11,6) квантующие импульсы генерируются мерой времени МВ с периодом повторения 0,5 Го и одновремеиио подаются иа делитель импульсов с нечетным коэффициентом деления (2п - 1), определяющим перио-



Исо-

Jk. Ж.

- SW

Старт

I -1

Стоп 1 ,

IIIIJ, -1

Старт Стоп

SW 4

lllllll

Стоп

Рис. 10.11. Структура АЦП напряжения с время-импульсиым преобразованием на интегральэ

иых микросхемах.

дичиость измерения, и на дополнительный делитель с коэффициентом деления, равным 2. Тогда на вход ключа подаются только четные импульсы с периодом повторения Го, а каждый старт-импульс, который используется и для запуска ГЛИН, является нечетным. Следовательно, и в этой схеме между старт-импульсом, т. е. началом интервала Тх, и первым квантующим импульсом будет постоянный временной сдвиг, равный 0,5 Го.

Известно несколько разновидностей схем цифровых вольтметров развертывающего уравновешивания с время-импульсиым преобразованием. Одна из таких схем представлена на рис. 10.4,г. При включении прибора начинает непрерывно работать генератор квантующих импульсов, импульсы которого поступают на входы счетчика CTI и ключа Sl.После определеииого, например каждого 512-го, импульса счетчик СТ1 в момент о выдает импульс, запускающий генератор линейно-изменяющегося напряжения ГЛИН и открывающий ключ SW для прохода квантующих импульсов от генератора к СТ2. Затем в момент t, т. е. в момент мгновенной компенсации напряжений и Vусилитель некомпенсации генерирует импульс, запирающий ключ SW. Квантующие импульсы в счетчик больше ие поступают. Таким образом, импульсы подсчитываются СГ2 только в течение времени от момента до момента i, т. е. в течение промежутка времени Г, пропорционального х мгновенному значению в момент t-y. Затем регистрирующее устройство записывает.иабраииое число импульсов в той или иной цифровой форме. СТ2 сбрасывает отсчет и подготавливается к следующему циклу измерения, который повторяется через 512 импульсов от момента и т. д.ГЛИН генерирует в течение прохождения 256 импульсов, а в остальную часть измерительного цикла выполняются остальные операции! регистрация, сброс измерительного счетчика на нуль и т. д.

Цифровые вольтметры время-импульсного преобразования имеют быстродействие до 100 ООО измерений/с при наименее сложной схеме с минимальным числом звеньев. Цифровые вольтметры поразрядного уравновешивания и время-импульсного преобразования измеряют мгновенные значения напряжений. Поэтому эти приборы при отсутствии предвключенных фильтров подвержены действию помех, в том числе.и наиболее распространенных периодических помех сети питания. Если в таких приборах для снижения уровня помех применяется предвключеиный фильтр, то время одного измерения увеличивается до 10 ... 30 периодов основной гармоники помех, на которую настроен фильтр, т. е. при помехе с частотой 50 Гц - до (0,2 ... 0,6) с.

К цифровым электронным вольтметрам развертывающего,уравновешивания с время-импульсным преобразованием относится первый серийный отечественный цифровой печатающий вольтметр, который был впервые выпущен в 1956 г. Пензенским заводом САМ.

На основе схемы цифрового вольтметра развертывающего уравновешивания с преобразованием мгновенного значения напряжения в интервал времени Львовским заводом электроизмерительных приборов выпускается цифровой вольтметр Ф4830 класса 0.1/0.06, быстродействие 50 измерений/с при разовых



измерениях мгновенных значений и 10 нзмерений/с в режиме цифрового осреднения.

Время-импульсный метод измерения - наиболее простой метод преобразования напряжения в интервал времени. Однако широкого применения в цифровых вольтметрах этот метод не получил из-за погрешностей, возникающих из-за изменения угла наклона развертки напряжения, из-за временных и температурных изменений сопротивления R и емкости С интегратора. Эти погрешности в микропроцессорных вольтметрах устраняются следующим образом. В течение каждого цикла измерения выполняют преобразования измеряемого наприжения Ux в Тх, а образцового напряжения Uq, равного пределу измерения,- в интервал 7. Результат измерения вычисляется микропроцессором:

N = TJTo = UJJUoTo,

при этом погрешность измерения от изменения наклона развертки, возникающей от изменения R к С, устраняется, поскольку результат измерения от угла наклона развертки не зависит.

АЦП время-импульсного преобразования на интегральных лшкросхемах

АЦП время-импульсного преобразования выполняется на базе нескольких несложных микросхем (рис. 10.11). В начале работы первое устройство сравнения определяет знак Ux и включает соответственно второе или третье устройство сравнения, выдает команду на запуск интегратора пилообразного напряжения и командой старт открывает ключ SW4. В момент Ux второе или третье

устройство сравнения соответственно выдает команду «Стоп», которая и закрывает ключ SW4.

На интервале времени Тх между командами Старт» и «Стоп» через ключ SW4 к счетчику импульсов проходят тактовые импульсы с периодом повторения Го. Показание счетчика Ых = Тх1Та = KVxlT. Время измерения определяется скоростью изменения развертывающего пилообразного напряжения на выходе интегратора и допустимым напряжением на выходе операционного усилителя

изм = допинтинт/О-

Цифровые вольтметры развертывающего уравновешивания с равномерно-ступенчатым изменением

Цифровые приборы с равномерно-ступенчатым изменением 1/ построены по комбинированной структурной схеме и состоят из двух частей: развертывающего преобразователя измеряемого напряжения Ux в промежуточный число-импульсный код и СТ. В течение каждого цикла СТ преобразует число импульсов в цифровой десятичный код, удобный для управления цифровым

отсчетным устройством.

Упрощенная структурная схема цифрового вольтметра данного типа (рис. 10.12) состоит из усилителя некомпенсации, ключа, генератора импульсов, СТ и преобразователя единичного кода в равномерно-ступенчатое напряжение ПКН. В качестве ПКН в данном случае используется генератор равномерно-ступенчатого напряжения. При включении прибора в режим разовых измерений в момент открывается ключ SW, и импульсы от генератора поступают на счетчик и на ПКН. С поступлением каждого импульса напряжение на выходе ПКН возрастает на одну ступень U. В момент равенства U= UU УН закрывает ключ импульсы на счетчик и ПКН не поступают и измерение заканчивается.

Если все ступени qu напряжения равны между собой, то





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 [ 138 ] 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166