Литература

1.Швецкий Б.И. Электронные цифровые приборы. – Киев: Техніка, 1981, - 137 с.

2. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. -Киев.: Вища школа, I960. - 183с.

3. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. - М.: Высшая школа, I960. - 94 с.

4. Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры. - М.: Энергия, 1973. - НО с.,

3. Гитис Э.И. Цифровые преобразователя информации. - М.: Энергия, 1980. - II с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТМЕТРА ВРЕМЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Цель работы:

1. Изучение принципа действия, устройства и работы цифрового вольтметра (ЦВ) с развертывающим временным преобразованием.

2. Экспериментальное определение эксплуатационных характеристик макета ЦВ.

3. Экспериментальное определение составляющих погрешности макета ЦВ и установление по ним класса точности.

1 Описание макета цифрового вольтметра

В работе исследуется макет ЦВ с развертывающим временным преобразованием. Его принцип действия основан на преобразовании измеряемого напряжения U_x в пропорциональный ему интервал времени t_x c помощью аналогового преобразователя (АП), последующем квантовании и кодировании полученного интервала t_x с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) временного интервала t_x/N_x. Преобразование U_x/t_x производится путем сравнения измеряемого на­пряжения U_x с образцовым напряжением развертки, изменяющимся по линейному закону. При этом выделяется временной интервал от начала раз­вертки до момента равенства сравниваемых напряжений и представляется в виде импульса прямоугольной формы. Квантование полученного интервала t_x производится путем подсчета с помощью счетчика импульсов числа образцовых интервалов времени, уложившихся в интервал времени t_х.

Структурная схема макета ЦВ представлена на рисунке 1. Согласно принципу действия схема содержит два основных узла: АП U_х/t_х и АЦП t_х/N_х, а также устройство управления. В состав АП входит генератор линейно–изменяющегося (пилообразного) напряжения ГЛИН, сравнивающее устройство СУ и RS-триггер Т. В состав АЦП t_х/N_х входит генератор квантующих импульсов ГКИ, схема совпадения СС (или ключ), счетчик импульсов СТ, дешифратор ДС и цифровой индикатор ЦИ.

Устройство управления обеспечивает работу ЦВ в ручном или автоматическом режиме, задает длительность времени измерения и индикации, а также осуществляет сброс результатов предыдущего измерения перед последующим. Оно содержит ждущий мультивибратор М, задающий длительность времени измерения, генератор синхронизации ГС, задающий период повторения циклов измерения в автоматическом режиме, кнопки ПУСК и СБРОС (последняя на схеме не показана).

Рисунок 1 – Структурная схема макета ЦВ

Работа ЦВ начинается с запуска М от ГС в автоматическом режиме или кнопкой ПУСК в ручном режиме. Выходной импульс М запускает генератор развертки, т.е. ГЛИН, одновременно по его фронту через фор­мирователь короткого импульса ФКИ триггер Т по S-входу устанав­ливается в единичное состояние. Линейно–изменяющееся выходное напря­жение ГЛИНа U_р поступает на неинвертирующий вход СУ и сравнивается с измеряемым напряжением U_х, подаваемым на инвертирующий вход СУ. В момент равенства сравниваемых напряжений, т.е. при U_р=U_х, СУ вырабатывает импульс с уровнем логической «1». Он поступает на R-вход триггера Т и устанавливает его в исходное (нулевое) состояние. Временной интервал t_х, представленный длительностью выходного импульса триггера, пропорционален измеряемому напряжению U_х:

t_х=U_х/V_р,

где V_р- крутизна или скорость изменения пилообразного напряжения.

Выражение для t_х, т.е. уравнение преобразования АП U_х/t_х, можно представить как:

t_х=К_tU_x, (1)

где К_t=t_x/U_x=1/V_р [мкс/В] – коэффициент преобразования преобразо­вателя U_х/t_х. (2)

Выходной импульс триггера Т поступает на один из входов трехвходовой СС, на второй вход которой непрерывно поступают квантующие импульсы от ГКИ с частотой f₀. Третий вход СС подключен к выходу схемы задержки СЗ, назначение которой изложено ниже при рассмотрении погрешностей ЦВ. На выходе СС появится «пачка» импульсов состоящая из N_х импульсов, следующих с частотой f₀ и уложившихся в интервал t_х. Эти импульсы подсчитываются счетчиком СТ, их число преобразуется дешифратором ДС и индицируется ЦИ. Число импульсов N_х, поступивших в счетчик, пропорционально t_х, а следовательно, и U_х. Уравнение преобразования ЦВ:

N_х=f₀t_х=f₀К_tU_x=К_пU_х, (3)

где К_п=N_х/U_х=f₀К_t [1/В] – коэффициент преобразования ЦВ, показываю­щий число импульсов или ступеней квантования, приходящихся на 1 вольт входного напряжения.

(4)

Из уравнения преобразования ЦВ измеряемое напряжение можно выразить:

U_x=N_x/(f₀K_t)=(1/K_п)N_x= U_кN_х,

где U_к=U_х/N_х=1/К_п=1/(f₀K_t) [В] – размер ступени квантования ЦВ. (5)

Для того, чтобы число импульсов N_x, индицируемое на ЦИ, являющееся результатом измерения, представляло его в принятых единицах измерения (вольтах или милливольтах) необходимо, чтобы коэффициент преобразования К_п был кратен 10, т.е.:

K_п=f₀K_t=10ⁱ, (6)

где i=0,1,2... . Местоположение запятой на ЦИ и размерность результата при этом определяется значением i.

Изложенный принцип действия, устройство и работа ЦВ определяют основные свойства вольтметров этого типа. Они обладают достаточно высоким быстродействием и могут обеспечить до 10⁴ изм/с. Измеряют эти ЦВ мгновенное значение напряжения, что делает их незащищенными от воздействия помех. По точности они относятся к приборам невысокого и среднего класса точности.