Основные параметры цифровых вольтметров

Точность преобразования определяется погрешностью квантования по уровню, характеризуемой числом разрядов в выходном коде.

Погрешность цифровых вольтметров имеет две составляющие, из которых одна зависит от измеряемой величины (мультипликативная), а другая не зависит (аддитивная). Такое представление связано с дискретным принципом измерения непрерывной величины, так как в процессе квантования возникает абсолютная погрешность, обусловленная конечным числом уровней квантования.

Абсолютная погрешность измерения напряжения

U=  ( U_x+m знаков) или U=  ( U_кз+m знаков), (1)

где  - относительная погрешность измерения; U_x - значение измеряемого напряжения; U_кз - конечное значение на выбранном пределе измерения; m знаков - значение, определяемое единицей младшего разряда цифрового отсчетного устройства (аддитивная погрешность дискретности).

Основная допускаемая относительная погрешность представляется в виде

, (2)

где c и d - постоянные числа, характеризующие класс точности прибора (указаны в паспорте).

Первый член погрешности не зависит от показаний прибора, а второй - увеличивается при уменьшении по гиперболическому закону.

Время преобразования - время, затрачиваемое на выполнение одного преобразования аналоговой величины в цифровой код.

Пределы измерения входной величины - диапазоны преобразований входной величины, которые полностью определяются числом разрядов и "весом" наименьшего разряда.

Чувствительность (разрешающая способность) - наименьшее различимое преобразователем изменение значения входной величины.

Наиболее распространенные формы входных величин ЦИП - напряжение или ток, временной интервал.

Системы кодирования - двоичная, двоично-десятичная и др.

Цифровые вольтметры постоянного тока с поразрядным кодированием (взвешиванием)

Цифровой вольтметр с поразрядным кодированием представляет собой прибор со следящим уравновешиванием, в котором происходит сравнение значений измеряемой величины с рядом дискретных значений образцовой величины. Схема такого вольтметра представлена на рис. 7, а.

Измеряемое напряжение U_x через аттенюатор (делитель напряжения), в котором напряжение приводится с помощью делителя к номинальному пределу, подается на устройство сравнения, на второй вход которого поступает дискретное компенсационное напряжение U_к, создаваемое источником образцового напряжения и дискретным компенсатором, последний состоит из трех декад (рис. 7, б), содержащих четыре резистора "весом" 8, 4, 2, 1. Значения сопротивлений резисторов каждой декады отличаются от значений сопротивлений резисторов следующей декады в 10 раз (на рис. 7, б показана только одна декада резисторов).

Перед началом измерений электронные ключи S₁ - S₄ разомкнуты, резисторы R₄ - R₇ заземлены и компенсационное напряжение U_к равно нулю. При запуске цифрового вольтметра устройство управления подсоединяет резистор наибольшего веса декады (старшего разряда) R₄ к источнику опорного напряжения U₀ и компенсационное напряжение U_к становится равным:

(3)

где g₁, g₂, g₃, g₄ - проводимости соответствующих резисторов R₁. k₁ - коэффициент, равный 1 или 0 в зависимости от того, включен ли резистор R₁ на шину с или на шину б.

Устройство сравнения при U_x  U_к дает необходимую команду много - мало в устройство управления, пока напряжение разбаланса U_x - U_к не сделается равным нулю. Если измеряемое напряжение U_x больше компенсационного напряжения U_к (U_x  U_к), то устройство сравнения дает команду много, резистор R₄ остается включенным и параллельно к нему включается резистор R₅. Если измеряемое напряжение U_x  U_к, то устройство сравнения дает команду мало, резистор R₄ выключается и включается резистор R₅. Так по команде устройства сравнения переключаются резисторы всех декад и в цепи остаются те резисторы, параллельное соединение которых дает значение, при котором U_x равно U_к. Результат измерения, представляющий собой двоичный код состояния ключей S₁ - S₄ с устройства управления поступает в устройство цифрового отсчета, где преобразуются в десятичную систему счисления и выводится на цифровое табло, либо на цифропечатающее устройство. Временные диаграммы напряжений (рис. 7, в) поясняют принцип компенсации.

Устройство управления состоит из микропроцессора с соответствующим программным обеспечением. В качестве коммутационной системы используются цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). При помощи ключей ЦАП переключаются резисторы дискретного компенсатора и образуются цифровые коды, которые высвечиваются на цифровом отсчетном устройстве и передаются на внешние устройства (ЭВМ, цифропечатающее устройство). Выбор предела измерения и полярности происходит автоматически.

Цифровые вольтметры с поразрядным кодированием позволяют измерять напряжения с наибольшей точностью, определяющим является погрешность компенсационного напряжения.