49. Цифровой вольтметр. Устройство, принцип работы времяимпульсного вольтметра с двойным интегрированием.

Принцип работы любых цифровых вольтметров основан на дискретном и цифровом представлении сигналов отражающих непрерывные измеряемые физические величины.

Входное устройство содержит делитель напряжения; в вольтметрах переменного тока она включает в себя также преобразователь переменного тока в постоянный. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой, представленный цифровым кодом. Цифровое отсчитывающее устройство (ЦОУ) регистрирует измеренную величину. Управляющее устройство объединяет и согласовывает работу всех устройств вольтметра.

По типу АЦП цифровые вольтметры можно разделить на ряд групп. Более распространены 2 типа вольтметров: кодоимпульсные (с поразрядным уравновешиванием), времяимпульсные (временные).

Поскольку АЦП цифровых вольтметров преобразуют постоянное напряжение в цифровой код, то и цифровые вольтметры считаются приборами постоянного тока. Для измерения переменного тока на входе вольтметра ставится преобразователь переменного в постоянное напряжение чаще всего средневыпремлянного значения.

Принцип работы вольтметра подобен принципу работы схемы с времяимпульсным преобразованием с тем отличием, что здесь в течение цикла измерения Тформируются два временных интервала Т1 и Т2. В первом интервале производится интегрирование измеряемого напряжения, а во вто¬ром — опорного напряжения. Для повышения помехоустойчивости длительность цикла Т устанавливают кратной периоду, воздействующему на код помехи.

Схема содержит входное устройство, двухпозиционный ключ, интегратор, источник образцового напряжения, уст¬ройство сравнения, триггер Т, генератор счетных импульсов, управляющее устройство, логическую схему И, счетчик импульсов и цифровое отсчетное устройство. В начале цикла измерения при t = t0 устройство управления вы¬рабатывает калиброванный импульс U’упр с длительностью Т1 = T0•K, гдеТо —период следования счетных импульсов; К — емкость счетчика. В момент появления фронта импульса U’упр ключ переводится в положение 1, и с вход¬ного устройства на интегратор поступает напряжение U'x, пропорциональ¬ное измеряемому напряжению Ux.

Затем, на интервале времени равное (t- t0) происходит интегрирование напряжения U'x, (пропорциональ¬ного измеряемому Ux) в результате чего нарастающее напряжение на выходе интегратора будет:

U_и=∫_(t_0)^(t_1)▒〖〖U'〗_x dt〗

В момент t = t1, управляющий сигнал U’’упрпереводит ключ в положение 2и на интегратор с источника образцового напряжения подается образцовое отрицательное напряжение Uион. Одновременно с этим управляющий сигнал U"упропрокидывает триггер.

Интегрирование напряжения Uион происходит быстрее, так как в схеме ус-тановлено абсолютная величина ǀUионǀ > U'x. Интегрирование образцовогонапряжения продолжается до тех пор, пока выходное напряжение интегратора снова не станет равным нулю (при этом Т2 = t2- t1). Поэтому в течение времени второго интервала на выходе интегратора формируется спадающее напряжение:

U_и=∫_(t_1)^(t_2)▒〖U_ион dt〗

При этом длительность интервала интегрирования Т2 тем больше, чем выше амплитуда измеряемого напряжения U'x.

В момент времени t = t2 напряжение Uи на выходе интегратора становится равным нулю и устройство сравнения (второй вход соединен с корпусом – подача нулевого потенциала) выдает сигнал на триггер, возвращая его в исходное состояние.Наеговыхо-деформируетсяимпульс UТ длительностью Т2, поступающий на вход схемы И. На другой ее вход подается сигнал UГСИ с генератора счетных импульсов. По окончании импульса UT, поступающего с триггера, процесс измерения прекращается.

Преобразование временного интервала Т2 в эквивалентное число импуль-сов N осуществляется так же, как и в предыдущем методе — путем заполне¬ния интервала Т2 импульсами генератора счетных импульсов и подсчета их числа счетчиком. На счетчике, а значит и на цифровом отсчетном устройстве записывается число импульсов NUсч, пропорциональное измеряемому напряжению Ux:

∫_(t_0)^(t_1)▒〖〖U'〗_x dt〗-∫_(t_1)^(t_2)▒〖U_ион dt〗=0

Это выражение приводит к следующим формулам:

Т1 = T0•K; Т2≈ T0•N; U’x•Т1 = Uион•T2

Из последних соотношений получим

U’x = Uион•N/K

Из приведенных соотношений видно, что погрешность результата изме¬рения зависит только от уровня образцового напряжения (а не от нескольких, как в кодоимпульсном приборе). Однако здесь также имеет место погреш¬ность дискретности. Достоинство прибора — высокая помехозащищенность, так как он интегрирующий. На основе схем с двойным интегрированием вы¬пускают приборы с более высоким классом точности, чем приборы с ГЛИН. Вольтметры этого типа имеют погрешность измерения 0,005...0,02 %.

Цифровые вольтметры наивысшего класса точности создаются комбини-рованными: в схемах сочетаются методы поразрядного уравновешивания и времяимпульсного интегрирующего преобразования.