Интегрирующие цифровые вольтметры с усреднением мгновенных результ (стр. 2 из 3)

Эта схема может реализовывать и следящее уравновешивание

и . Разница заключается в алгоритме работы УУ, управляющего ЦАП. В этом случае система отрабатывает не , а разность . Это позволяет в ряде случаев повысить точность и быстродействие ЦВ. Однако с другой стороны появляется возможность возникновения автоколебаний в системе. Точность таких ЦВ определяется в основном точностью ЦАП и порога срабатывания компаратора. В целом такой ЦВ обладает достаточно хорошими характеристиками.

В качестве примера кодо-импульсного ЦВ можно привести вольтметр В2-19.

= (100 мкВ – 1000 В), , не менее .

в) Цифровые вольтметры, реализующие частотно-импульсный метод преобразования.

В этих вольтметрах измеряемая величина

предварительно преобразуется в пропорциональное ей значение частоты . Затем частота непосредственно преобразуется в цифровой код. Таким образом, эти ЦВ, как и рассмотренные время-импульсные, относятся к вольтметрам прямого преобразования. Однако поскольку измерение частоты всегда производится за определенный интервал времени ( ), эти вольтметры всегда являются интегрирующими. Интегрирование в них является аналоговым, а при необходимости аналоговый интегрирующий ЦВ может быть дополнен устройством усреднения.

Обобщенная структурная схема ИЦВ реализующего частотно-импульсный метод преобразования имеет следующий вид (рисунок 4):

Рисунок 4 – Структурная схема частотно-импульсного ИЦВ

Как видно из этой схемы, основными функциональными узлами ИЦВ являются преобразователь напряжение-частота (ПН-Ч) и цифровой частотомер. (Цифровые частотомеры мы подробно рассмотрим в теме «Измерение частоты и интервалов времени» поэтому сейчас рассмотрим только коротко ПН-Ч).

В ПН-Ч измеряемое напряжение преобразуется в частоту, причем

,

где

– коэффициент преобразования. Затем измеряется цифровым частотомером за время и его показания будут

.

При

показания частотомера N пропорциональны и получаем прямоотсчетный вольтметр.

В настоящее время известно большое число схем ПН-Ч. В зависимости от метода преобразования

в все схемы подразделяются на две группы: с непосредственным преобразованием и с косвенным преобразованием. В пределах каждой группы могут быть реализованы схемы с разомкнутым и замкнутым контурами, а при необходимости расширения диапазона может быть применено преобразование частоты.

В ПН-Ч первой группы само

непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты . Характерными представителями таких ПН-Ч являются преобразователи с циклическим интегрированием. В ПН-Ч второй группы влияет на параметр, определяющий частоту генератора с самовозбуждением (гармонического или релаксационного). Эти ПН-Ч имеют относительно невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение получили ПН-Ч на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром.

Примером частотно-импульсного ИЦВ является универсальный вольтметр В7-25. Он имеет диапазон измеряемых

от 1 мкВ до 100 В, основную погрешность , , подавление помех на 70 дБ.

Цифровые вольтметры переменного тока

Как мы уже отмечали ранее, ЦВ встречаются в пределах каждого вида вольтметров, в том числе и предназначенных для измерения напряжений переменного и импульсного токов, видов ВЗ, В4 и В7. Таким образом, входной величиной АЦП в таких ЦВ является напряжение переменного тока произвольной формы, изменяющееся в широком диапазоне частот, а выходной величиной — цифровой код. В то же время для преобразования измеряемого напряжения в цифровой код оно должно иметь форму, удобную для кодирования. Поэтому в ЦВ переменного тока необходимо, как правило, иметь предварительный функциональный преобразователь

в аналоговой части АЦП. В зависимости от метода преобразования это могут быть преобразователи в , преобразователи с трансформацией спектра частот , как правило, в область более низких частот.

Преобразователи с обработкой мгновенных значений

находят применение только в диапазоне низких частот, а преобразователи с трансформацией спектра частот , наоборот, работоспособны на высоких частотах и, как правило, используются в сочетании с преобразователями в , что позволяет расширить частотный диапазон ЦВ. Поэтому наибольшее применение в ЦВ переменного тока получили преобразователи в , так как они относительно просты и хорошо работают в широком диапазоне частот измеряемых . Более того, вся остальная часть ЦВ с таким преобразователем представляет собой ЦВ постоянного тока, что позволяет унифицировать ЦВ постоянного и переменного тока, создавая на этой основе универсальные ЦВ и мультиметры. Таким образом, структурная схема такого ЦВ переменного тока имеет вид (рисунок 5)

Рисунок 5 – Структурная схема ЦВ переменного тока

Преобразователи

/ аналогичны детекторам аналоговых электронных вольтметров, и в зависимости от типа преобразователя может быть пропорционально , и измеряемого . Однако к преобразователям / предъявляются более высокие требования, чем к детекторам. В первую очередь это касается точности и линейности преобразования, а также чувствительности, динамического и частотного диапазонов преобразователя. Такие повышенные требования к преобразователям необходимы для того, чтобы сохранять метрологические характеристики ЦВ постоянного тока, которые значительно лучше, чем у аналоговых электронных вольтметров. Характеристики преобразователей / в основном определяют характеристики ЦВ переменного тока в целом.