Классификация цифровых вольтметров (цв).

1. По способу преобразования непрерывной величины в дискретную.

2. По структуре АЦП.

3. По способу уравновешивания.

1. Вольтметры с кодоимпульсным, времяимпульсным и частотноимпульсным преобразованием.

Кодоимпульсное преобразование – это последовательное сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону.

Времяимпульсное преобразование – измеряемая величина преобразуется во временной интервал с последующим заполнением каждого интервала импульсами N образцовой частоты.

Частотноимпульсное преобразование – измеряемая величина преобразуется в частоту следования импульсов, которые подсчитываются за определенный интервал времени цифровым счетчиком.

2. Вольтметры прямого и уравновешивающего преобразования.

3. Вольтметры со следящим и развертывающим уравновешиванием.

Основные технические характеристики:

1. Точность преобразования.

2. Время преобразования.

3. Пределы изменения входной величиною

4. Порог чувствительности или разрешающая способность.

5. Формы представления входных и выходных величин.

6. Помехоустойчивость.

Цифровые вольтметры постоянного тока с кодоимпульсными преобразованием.

УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отображения.

Достоинства:

• высокое быстродействие;

• возможность измерения напряжения с высокой точностью;

ЦВ постоянного тока с времяимпульсным преобразованием.

Недостаток – влияние различных помех на результат.

ЦВ постоянного тока с частотно-импульсным преобразованием (интегрирующие).

Интегратор – это устройство, выходное напряжение которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения. . k – постоянная интегрирования.

Входное напряжение интегрируется и подается на устройство сравнения, туда также подается опорное напряжение с источника опорного напряжения. Когда напряжение на выходе интегратора станет равным опорному устройство сравнения формирует в течении времени импульсы с амплитудой постоянной вольт-секундной площади , не зависящей от входного напряжения. Период следования этих импульсов будет зависеть от входного напряжения. Для процесса заряда-разряда интегратора:

Для прямоугольного импульса с амплитудой :

. f_x не зависит от С и U_оп.

Цв постоянного тока с двухтактным интегрированием.

Метод времяимпульсного преобразования в сочетании с двухтактным интегрированием позволяет ослабить влияние помех, измерять напряжение обоих полярностей, получить большое входное сопротивление (до 1 ГОм) и малые погрешности измерения.

ИОН – источник опорного напряжения.

ГСИ – генератор счетных импульсов.

УУ – устройство управления.

УЦО – устройство цифрового отсчета.

На вход интегратора подается или , неизвестное напряжение измеряется в 2 такта: на первом такте (называемом интегрированием вверх) интегральное значение напряжения запоминается на выходе интегратора, на втором такте (интегрировании вниз) преобразуется во временной интервал , в течение которого на счетчик от ГСИ поступают импульсы образцовой частоты . Число импульсов эквивалентно , т.е. , k=const.

В исходном состоянии все ключи разомкнуты. В начале первого такта устройство управления вырабатывает прямоугольный импульс калиброванной длительности с крутыми фронтами. В момент появления фронта импульса ключи и замыкаются, следовательно, на вход интегратора поступает измеряемое напряжение . Импульсы с частотой следования начинают поступать с генератора счетных импульсов на счетчик импульсов. На выходе интегратора напряжение возрастает по линейному закону, пропорциональному :

.

Где – постоянная интегрирования на первом такте.

Когда на счетчик поступит импульсов, то счетчик будет заполнен, и импульс N с индексом в момент времени сбросит счетчик в нулевое состояние. При этом размыкается ключ и замыкается ключ , в результате на вход интегратора подается напряжение , его полярность обратна полярности . В момент заканчивается интегрирование вверх и начинается интегрирование вниз. Напряжение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону:

.

где – постоянная интегрирования на втором такте.

Импульсы от ГСИ продолжают поступать на счетчик. Устройство сравнения срабатывает в момент времени , когда напряжение на выходе интегратора равно 0, так как второй его вход соединен с "землей". При этом размыкается ключ . Для момента времени справедливо соотношение:

,

где – длительность второго такта интегрирования.

За время на счетчик поступило N импульсов, код числа N через дешифратор подается в устройство цифрового отсчета.

где – постоянные интегрирования.

Интервал времени пропорционален напряжению и не зависит от . Таким образом, для этого метода не требуется цепи с высокостабильными элементами. Число импульсов равно:

.

и могут поддерживаться постоянными с высокой точностью, следовательно, погрешность преобразования напряжения во временной интервал незначительна. После размыкания ключа прибор приходит в исходное состояние и готов к новым измерениям.

Цифровые вольтметры переменного тока.

ЦВ переменного тока строят по принципу преобразования переменного напряжения в постоянное, которое затем измеряют ЦВ постоянного тока. Преобразование выполняется преобразователями средневыпрямленного, среднеквадратического и амплитудного значений. Преобразователь должен обеспечить высокую степень линейности характеристики U_=f(U_~) при большом динамическом диапазоне. В универсальных ЦВ используется преобразователь средневыпрямленного значения с фильтром и усилителем. Информация выводится в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Частотный диапазон ЦВ от 20Гц до 20кГц.

Существуют ЦВ с двумя преобразователями – средневыпрямленного значения (для измерения переменного напряжения в полосе частот от 20Гц до 20кГц) и амплитудного значения (от 20кГц до 10МГц). Для учета формы кривой сигнала в ЦВ используются преобразователи среднеквадратического значения с термопреобразователями. Существуют также ЦВ с автоматической обработкой результатов измерения ряда мгновенных значений измеряемого напряжения.