25) Времяимпульсный цифровой вольтметр

В основе работы времяимпульсного вольтметра лежит преобразование измеряемого напряжения в интервал времени. Длительность интервала измеряется путем заполнения этого интервала импульсами со стабильной частотой следования (счетными импульсами). Структурная схема вольтметра представлена на рис. 2.25.

Рис. 2.25. Структурная схема времяимпульсного цифрового вольтметра

Наряду с блоками Вх.У, УУ, ЦОУ в схему входят генератор линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), компараторы (К1 и К2), триггер (Т), генератор счетных импульсов (ГСИ), ключ (Кл) и счетчик импульсов (СИ).

В ременная диаграмма работы вольтметра показана на рис. 2.26.

Пилообразное напряжение от ГЛИН сравнивается с U_x на компараторе (К1) и с нулем на компараторе (К2). В момент, когда пилообразное напряжение равно нулю, триггер (Т) устанавливается в единичное состояние, открывается ключ (Кл), и счетные импульсы от ГСИ поступают на счетчик (СИ). Когда пилообразное напряжение сравняется с U_x, триггер сбрасывается, ключ закрывается, прекращается подсчет импульсов счетчиком.

Таким образом интервал времени (Т_х) определяется величиной напряжения U_x, а на момент окончания Т_х в счетчике оказывается двоичный код N_x, соответствующий измеряемому напряжению U_x. В ЦОУ этот код дешифрируется и отображается при помощи соответствующих индикаторных элементов. Рассмотренный цикл работы вольтметра периодически повторяется. Возврат ГЛИН в исходное состояние и подготовка схемы к очередному измерению осуществляется импульсами от устройства управления.

Источниками погрешности времяимпульсного вольтметра могут быть:

– нелинейность пилообразного напряжения и изменение наклона «пилы»;

– нестабильность частоты ГСИ;

– нестабильность порога срабатывания компараторов;

– погрешность дискретности, связанная с возможностью потери счетного импульса.

Погрешность времяимпульсных вольтметров составляет обычно около 0,1 %.

26) Частотно-импульсный цифровой вольтметр с интегрированием

Принцип действия вольтметра заключается в преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов с последующим измерением частоты цифровым методом. Структурная схема вольтметра приведена на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Структурная схема частотно-импульсного вольтметра

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы, показаны на рис. 2.28.

И змеряемое напряжение U_x поступает на вход интегратора (И). Скорость нарастания напряжения на выходе интегратора U_и определяется величиной U_x. Через промежуток времени t₁ = f(U_x) напряжение U_и достигнет величины образцового напряжения (U_о), сработает компа-ратор (К), откроет аналоговый ключ (Кл.1), и на вход интегратора будет подано напряжение обратной связи (– U_оc). За время Т₂ = const напряжение U_и вернется к нулевому значеню, Кл.1 закроется и начнется новый цикл интегрирования.

Таким образом на выходе Кл.1 появляются импульсы с частотй f_x = 1/T_x = (U_x). Для измерения частоты f_x используется схема, состоящая из генератора образцового интервала времени (ГОИВ), ключа (Кл.2), счетчика импульсов (СИ) и цифрового отсчетного устройства (ЦОУ). ГОИВ вырабатывает импульс длительностью Т_о, который открывает ключ (Кл.2). За время Т_о счетчик подсчитывает число импульсов, проходящих через Кл.2. Полученный код, пропорциональный U_x, отображается ЦОУ.

Точность вольтметра, помимо погрешности дискретности, определя-ется стабильностью параметров интегратора, образцового напряжения и порога срабатывания компаратора. Общая погрешность составляет около 0,1 %.