Меню

Вольтметр цифровой линейное напряжение

Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться

Измерительный прибор вольтметр

Необходимость применения вольтметра возникает у большинства домовладельцев, автолюбителей, не говоря уже о радиолюбителях. Определить наличие напряжения в домашней сети при отсутствии света в доме, измерить вольтаж аккумуляторной батареи в случае её разряда, настроить собранную радиолюбителем конструкцию — во всех этих ситуациях без его использования не обойтись.

Типы и виды вольтметров

Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции.

Типы и виды вольтметров

По принципу действия устройства делятся на группы:

  • Вольтметры электромеханические.
  • Электронные вольтметры.

Рассмотрим конкретно каждую группу.

Электромеханические и электронные вольтметры

Электронный вольтметр

Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения.

Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками — цена деления шкалы. Шкалы могут быть линейными и нелинейными, односторонними (отметка «0» расположена у начала) и двусторонними (отметка «0» расположена в середине). На шкале обычно наносится число, обозначающее класс точности прибора.

Подвижная часть устройства состоит из рамки, находящейся между полюсов постоянного магнита. По обмотке рамки протекает ток. С подвижной рамкой связана стрелка, по величине угла отклонения которой можно по шкале оценить значение измеряемого параметра. Этот угол напрямую зависит от тока, протекающего через обмотку рамки, а значит и от величины напряжения, которое измеряется.

Такие приборы используют для измерения магнитоэлектрический метод. Он наиболее часто используется в электромеханических приборах для измерения различных физических величин.

Следует отметить, что такие приборы отдельно используются довольно редко. Как правило, они являются составной частью более сложных по схемному исполнению устройств.

Кроме, магнитоэлектрического способа измерения в электромеханических приборах используют и другие: электромагнитный, электродинамический, ферродинамический, термоэлектрический, способ выпрямления.

Применение этих приборов исходя из требований, предъявляемых к измерителям напряжения, более предпочтительно, чем электромеханических. А требования эти таковы — уменьшение методической погрешности измерения.

Для измерения напряжений в различных точках схемы вольтметр подключают параллельно измеряемой цепи. Поэтому его использование не должно искажать реальную картину. Он не должен шунтировать участок схемы, следовательно, его входное сопротивление должно быть большим (в идеале стремиться к бесконечности).

Вольтметры электронные можно разделить на две группы. Одну составляют аналоговые приборы, другую цифровые. Различия между ними заключается в форме предоставления информации о результатах измерения.

Возможные аналоги

Входное напряжение, величину которого необходимо измерить, поступает на масштабирующее устройство. Оно выполнено в виде многопредельного резисторного делителя высокого класса точности. Количество резисторов соответствует количеству диапазонов измерения напряжения.

После резисторного делителя сигнал поступает на усилитель постоянного тока (УПТ). Его назначение — усилить входное напряжение, прошедшее через делитель, до величины, требуемой для нормальной работы устройства индикации. УПТ также необходим для повышения входного сопротивления прибора и согласования его с низкоомной обмоткой рамки указателя магнитоэлектрической системы.

Устройство электромеханического прибора, по которому в аналоговых вольтметрах производится отсчёт измеряемой величины напряжения, был рассмотрен выше.

Высокое входное сопротивление этого прибора определяется в основном схемой УПТ. В ней широко используется применение транзисторов, включённых по схеме эмиттерного повторителя сигнала, или полевых транзисторов.

Точность аналоговых вольтметров определяется классом точности резисторов входного устройства и классом точности головки микроамперметра, по стрелке которого производится отсчёт измеренного напряжения.

Для измерения напряжений малой величины применение в схеме прибора усилителя постоянного тока не всегда приводит к достаточной точности измерений.

В милливольтметрах измерения производятся на переменном токе. Постоянное входное напряжение преобразуется в переменное с помощью собственного модулятора. Усилитель переменного тока обладает лучшими характеристиками в отношении линейности, дрейфа нуля, коэффициента усиления, мало зависящего от температуры. После усиления переменное напряжение детектируется. Стабильное выпрямленное постоянное напряжение поступает на стрелочный электромеханический прибор.

Если вольтметром необходимо измерить переменное напряжение, то его схема изменится. Существуют две разновидности схем.

В одной из них входное напряжение детектируется и затем усиливается усилителем постоянного тока.

В схемах с другим построением усиливается сначала входное переменное напряжение усилителем переменного тока. После этого сигнал выпрямляется детектором.

В зависимости от требований, предъявляемых к результатам измерений, выбирается либо одно построение схемы, либо другое.

Первый вариант используется там, где необходимо произвести измерение в широком диапазоне частот (от 10Гц до 1000МГц).

Применение второго варианта построения имеет место при измерении очень малых переменных напряжений (единицы микровольт).

Цифровые вольтметры

Цифровой вольтметр

Измерители этого вида в процессе обработки представляют входное напряжение в виде ступенек (дискретных значений). Его значение отображается на индикаторе прибора в цифровом виде.

Входное устройство (ВУ) производит определение масштаба входного сигнала, его фильтрацию от помех. При измерении переменного напряжения производится его выпрямление. Таким образом, схема ВУ содержит делитель напряжения, фильтр сетевых помех, усилитель сигнала.

Фильтр необходим для повышения точности измерений, потому что сигнал помехи может восприниматься в виде полезного сигнала и после её дискретизации на выходном индикаторе отобразятся цифры, не соответствующие измеряемой величине полезного входного сигнала.

В «продвинутых» моделях дополнительно имеются устройства, осуществляющие выбор полярности и пределов измерения автоматически.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет представление напряжения на входе прибора в виде интервала времени, длительность которого зависит от его величины. Этот интервал заполняется импульсами, которые вырабатывает собственный генератор вольтметра. Счётчик по командам устройства управления производит их подсчёт и на цифровом индикаторе прибора появляется цифровое значение величины, пропорциональное количеству импульсов.

Поскольку электронные компоненты ВУ имеют значительное входное сопротивление, цифровые вольтметры очень незначительно влияют на сопротивление участка цепи, на которой производится измерение. Точность их показаний намного выше, чем у всех предыдущих вольтметров.

Работать с прибором стало значительно проще. Нет необходимости производить дополнительный пересчёт полученного значения с учётом выбранной шкалы и установленного множителя (как у аналоговых вольтметров). Но требования, предъявляемые к качеству питающего напряжения очень высоки.

Основные характеристики приборов

Измерение напряжения вольтметром

Чем больше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше его влияние на измеряемую цепь. Поэтому приборы с более высоким входным сопротивлением обладают большей точностью при проведении измерений.

Для того чтобы оценить возможности прибора, его преимущества по сравнению с другими, сделать окончательный вывод о возможности его приобретения необходимо внимательно ознакомиться с его техническими параметрами, к которым относятся:

  • внутреннее сопротивление вольтметра;
  • диапазон измеряемых вольтметром напряжений;
  • диапазон частот переменного напряжения;
  • погрешность измерения прибора.

Диапазон необходимо учитывать исходя из того, с какими величинами напряжений придётся иметь дело. Большинство вольтметров позволяют проводить измерение напряжений от нескольких десятков милливольт до сотен вольт. Этот диапазон вполне приемлем для многих пользователей. Исключение составляют милливольтметры с расширенным диапазоном и киловольтметры.

Погрешность показывает возможное отклонение измеряемой величины от эталонной. Определяется на этапе заводских испытаний прибора. Выражается в процентах или долях процента.

Все эти параметры представлены в описании на конкретный прибор.

Самодельные устройства

Как сделать вольтметр своими руками, для чего он нужен, как устроен, как подключается вольтметр, как пользоваться вольтметром — вот неполный перечень вопросов, которые возникают у начинающих радиолюбителей и простых пользователей. Принцип действия вольтметра или принцип работы вольтметра был рассмотрен ранее при рассмотрении разных его типов и видов.

Читайте также:  Типы колебаний напряжения питания

Вольтметр своими руками

При совсем небольших затратах можно самостоятельно его изготовить. Основной его частью является стрелочный измерительный прибор. На шкале присутствует обозначение напряжения — латинская буква «V». Конечно, желательно иметь вольтметр с необходимым диапазоном измерения. В левой части шкалы должна быть отметка «О», а в правой — число, которое показывает предельное значение напряжения, измеряемого этим прибором.

Это значение определяется величиной добавочного резистора, находящегося в корпусе готового прибора и током полного отклонения стрелки микроамперметра.

Часто при работе приходится измерять значения напряжений в широком диапазоне. Для обеспечения допустимой точности приходится использовать одну общую шкалу с набором добавочных сопротивлений. Их количество зависит от величин напряжений, которые необходимо измерять при работе.

Использование добавочных сопротивлений дают возможность измерять напряжения, величины которых больше последнего числа шкалы. Для измерения напряжений меньшего значения с достаточной точностью необходимо найти прибор с числом максимального значения шкалы меньшей величины или переделать существующий путём изменения величины добавочного сопротивления в корпусе прибора.

Входное сопротивление стрелочного вольтметра оценивается показателем относительного (удельного) сопротивления. Единица его измерения — кОм/В. То есть для разных значений измеренного напряжения величина входного сопротивления прибора будет разной. Отсюда вывод — наибольшей точности измерения соответствует правая часть шкалы. Внутреннее сопротивление вольтметра здесь имеет большее значение и его подключение оказывает меньшее негативное воздействие на работу схемы. Необходимо выбирать прибор с большей величиной удельного сопротивления.

Если приходится измерять переменное напряжение, то при небольшом усложнении схемы самодельного прибора можно решить и эту задачу. Входное напряжение необходимо выпрямить, сделать его однополярным.

Ток для нормальной работы микроамперметра прибора должен протекать по обмотке рамки прибора только в одном направлении (клеммы прибора имеют маркировку «+» и «-«). Только в этом случае стрелка прибора отклонится. Выпрямление может быть однополупериодным или двухполупериодным. Это зависит от выбранной схемы выпрямителя. При определении реальной величины напряжения показания стрелочного прибора разделить примерно на 3 (выпрямление однополупериодное) или на 1,5 (выпрямление двухполупериодное).

Несколько советов начинающим

Применение прибора вольтметра

Эти советы помогут новичкам, которым впервые приходится использовать вольтметр в своей работе. Их немного:

  • Подключение вольтметра.
  • Соблюдение полярности.

Полярность подключаемых измерительных щупов вольтметра должна соответствовать полярности напряжения, указанного на схеме.

Вольтметр всегда надо подсоединять параллельно измеряемой цепи. Этим он отличается от амперметра, который включается в разрыв. Для двухполупериодной схемы выпрямления переменного тока полярность измерительных щупов можно не учитывать. Щупы надо держать так, чтобы руки касались только изолированной их части.

Originally posted 2018-03-28 15:34:30.

Источник

Цифровые вольтметры: разновидности и особенности использования

  1. Особенности и технические характеристики
  2. Принцип работы
  3. Обзор видов
  4. Как выбрать?
  5. Как пользоваться?

На первый взгляд может показаться, что вольтметр является узкоспециализированным прибором. Но на самом деле он может быть более востребован и иметь множество применений в быту. Особенно это относится к радиолюбителям и владельцам автомобилей. К примеру, с помощью данного аппарата можно настроить собранную электронную конструкцию, измерить вольтаж аккумулятора и напряжение домашней электросети.

Наиболее популярной разновидностью сегодня считаются цифровые вольтметры. В этой статье мы подробно разберем их особенности, рассмотрим разновидности, а также расскажем о том, как настраивать аппарат и правильно его использовать.

Особенности и технические характеристики

Основным применением цифровых вольтметров является проверка напряжения в электрической цепи. Главной особенностью такого прибора является удобство и простота эксплуатации. Также он отличается высокими показателями внутреннего сопротивления, что обеспечивает точность измерений.

К главным техническим характеристикам вольтметра относятся следующие.

  • Диапазон измерений: у цифровых моделей он составляет от 1мВ до 1 кВ. Этого вполне достаточно для проведения большинства замеров. Однако бывает и такое, что необходимо измерить крайне низкое напряжение или слишком высокое. Для этих целей требуются более сложные вольтметры.
  • Допустимая погрешность: чем меньше этот показатель, тем точнее получаемые результаты. Данная характеристика устанавливается производителем после первых испытаний и обычно указывается в процентах.
  • Внутреннее сопротивление: чем оно выше, тем точнее вольтметр. Аппараты с высоким сопротивлением практически не влияют на электроцепь.
  • Диапазон частот переменного напряжения.

Эти характеристики вы сможете найти в описании к той или иной модели вольтметра.

Сердцем аппарата, которое отвечает за вычисления, является структурная схема. О принципе ее работы мы поговорим далее. Для визуализации полученных данных многие цифровые вольтметры используют индикатор.

Принцип работы

В основе той самой схемы цифрового прибора лежат дискретные величины. К основным составляющим схемы относятся:

  • входное устройство;
  • аналого-цифровой преобразователь;
  • цифровое отсчетное устройство;
  • управляющее устройство.

Входное устройство, играющее первостепенную роль в этой конструкции, оснащено делителем напряжения. Также оно выступает в роли преобразователя. Проходя через него, переменный ток превращается в постоянный. Аналогово-цифровой преобразователь изменяет аналоговый сигнал. На выходе получается цифровой код. Если модель поддерживает двоичные числа, процесс измерения проходит гораздо быстрее.

Старые аппараты поддерживали исключительно десятичный код.

Полученный после преобразования код поступает в отсчетное устройство, которое регистрирует измеряемую величину. Для объединения всех узлов вольтметра используется управляющее устройство.

Точность измерений вольтметра также зависит от стабильности опорного напряжения. Поэтому следует учитывать порог прецизионного делителя во входном устройстве и защиту от помех в цепочке. Во время проведения лабораторных исследований точность замеров можно значительно увеличить с помощью фильтра в начале электрической цепи.

Тем не менее полностью исключить погрешности невозможно, можно лишь свести их к минимуму.

Дело в том, что источник питания вызывает помехи, изменяющие параметры сопротивления. Из-за этого показатели значительно уменьшаются.

Не стоит забывать, что точность выводимых вольтметром показаний зависит от их градуировки. Градуировка представляет собой совокупность действий по сопоставлению шкалы прибора с измеряемой величиной. Как правило, эта процедура выполняется в заводских условиях. Для этого сравниваются значения настраиваемого вольтметра и эталонного аппарата с самыми высокими показателями точности.

Обзор видов

Вольтметр не является многофункциональным приспособлением. Он выполняет лишь одну задачу – измерение напряжения электрической цепи. Однако на сегодняшний день было изобретено немало разновидностей вольтметров. Их классификация зависит от характеристик, которые берутся во внимание.

Давайте рассмотрим основные виды и параметры, по которым они подразделяются. Наиболее важный из них – это принцип работы. В зависимости от него вольтметры бывают двух типов:

  • электромеханические – электромагнитные и магнитоэлектрические;
  • электронные – аналоговые и цифровые.

Электромагнитные аппараты считаются самыми дешевыми и наиболее простыми.

Но из-за высокой индуктивности собственных обмоток заметно страдает точность измерений. Такие приборы чаще всего встречаются на электроподстанциях.

Магнитоэлектрические, наоборот, наименее доступны и применяются в основном для лабораторных исследований. Но не будем надолго останавливаться на этих разновидностях, так как речь идет о цифровых вольтметрах, а значит, нас интересуют только электронные. Электронный аппарат имеет табло для вывода результатов. На аналоговых устройствах оно состоит из шкалы и стрелки. На цифровых – представляет собой светодиодный дисплей.

Следующий рассматриваемый параметр – это назначение. Согласно ему, электронный вольтметр разделяется на:

  • прибор для измерения напряжения постоянного тока;
  • прибор для измерения напряжения переменного тока;
  • универсальный прибор для измерения обоих типов напряжения, с возможностью переключения режимов;
  • импульсный прибор для замеров одиночных импульсов.
Читайте также:  Какими средствами пожаротушения не допускается тушить электроустановки под напряжением ответ

Вольтметры для измерения постоянного тока бывают:

  • выпрямительными;
  • квадратичными.

Для измерения напряжения переменного тока в трехфазной сети применяется трехфазный вольтметр.

Особой разновидностью электронных вольтметров являются приборы с время-импульсным преобразованием. Они фиксируют напряжения только в определенные отрезки времени. Дополнительно аппарат учитывает импульсные колебания и среднюю частоту напряжения.

Вольтметры с двойным интегрированием предназначены для работы с постоянным током. Они основываются на принципе периодического повторения, при котором исходный код в цепи возвращается автоматически.

Дополнительно вольтметры разделяются по способу установки:

  • стационарные;
  • щитовые;
  • переносные.

К переносным относятся, например, миниатюрный и розеточный аппараты. Последний работает от электросети, мини-вольтметр работает на батарейках. Среди владельцев автомобилей востребована современная разновидность – круглый портативный вольтметр со светодиодным табло. Он легко позволяет замерить напряжение автомобильного аккумулятора.

Отдельно можно приобрести встраиваемые приборы. Они предназначены для тех блоков питания, которые производитель не оснащает вольтметром.

Как выбрать?

Широкий выбор моделей, представленных на современном рынке, позволяет подобрать вольтметр, соответствующий любым запросам и финансовым возможностям. О главных технических характеристиках, которые нужно учитывать при выборе в первую очередь, мы уже рассказали выше. Также следует выбирать аппарат, соответствующий своей области применения.

Но даже с учетом этих критериев круг выбора остается довольно широким. Мы рекомендуем обратить внимание на следующие бренды:

  • «Актаком» – Россия;
  • «АКИП» – Россия;
  • Circutor S. A. – Испания;
  • Good Will Instrument Co. – Тайвань;
  • Agilent – США.

Под этими торговыми марками выпускаются в основном качественные разнообразные приборы по доступным ценам.

Однако это лишь малая часть производителей, выпускающих качественную технику для замеров.

Как пользоваться?

Эксплуатация вольтметра допускается только при соблюдении трех важных условий. К ним относятся:

  • соответствие возможностей аппарата напряжению в участке цепи;
  • соответствие типу напряжения, которое может быть постоянным или переменным;
  • верное положение, в котором должен находиться вольтметр для корректной работы (вертикальное или горизонтальное, данная информация указывается на корпусе прибора).

Аналоговые вольтметры также требуют предварительной настройки.

Но в этот раз мы говорим о цифровых устройствах, которые в этом не нуждаются, что является еще одним доказательством удобства и простоты использования. Весь процесс измерения напряжения цифровым вольтметром можно разделить на 3 шага.

  1. Подсоединить провода. Для этого на цифровых моделях имеются специальные разъемы и гнезда. Установить переключатель в положение «включено».
  2. Если вольтметр является универсальным, установить тип напряжения и диапазон значений. При неизвестных значениях можно обозначить максимальный предел, а затем плавно его снижать до выявления читаемых значений.
  3. Установить параллельное подключение щупов к проводникам на выбранном участке цепи.

Как видите, процесс не так сложен и не занимает большого количества времени.

Однако стоит соблюдать осторожность. Халатное отношение может не только повредить устройство, но и нанести вред здоровью человека.

Вот самые распространенные ошибки, которые совершаются при замерах.

  1. Переход с одного участка цепи на другой без переустановки значений или типа напряжения. Вольтметр может перегреться и даже сгореть.
  2. Из-за внешнего сходства вольтметр можно легко перепутать с амперметром.
  3. При длительной эксплуатации изоляция проводов на щупах приходит в негодность и проводник оголяется. Это может привести к поражению оператора электрическим током. Поэтому нужно регулярно осматривать аппарат на предмет повреждений.
  4. Некоторые покупатели предпочитают экономить на подобной технике, покупая дешевые аппараты от неизвестных производителей. Велик риск потратить деньги на непригодный для измерений вольтметр. Такие устройства лучше приобретать в специализированных магазинах. Лучше всего если товары имеют сертификат качества и гарантийный срок.

В целом это все, что нужно знать о вольтметре для его домашнего использования.

Данный прибор является очень полезным и ему всегда найдется применение. Так что эта покупка стоит того.

Тем не менее, если работать приходится с электричеством, необходимо соблюдать предельную внимательность и быть подготовленными. Обязательно ознакомьтесь с прилагаемой инструкцией и техническими характеристиками именно вашей модели.

В следующем видео вы узнаете, как подключить цифровой вольтметр с тремя проводами.

Источник



Глава 9. ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ

Среди цифровых вольтметров (ЦВ) напряжения постоянного тока наиболее широкое распространение получили интегрирующие вольтметры. Одна из причин этого заключается в том, что на измеряемое постоянное напряжение обычно накладывается переменное напряжение помехи. Как уже отмечалось, самой распространенной помехой является переменное напряжение частоты промышленной сети. Реальная временная диаграмма напряжения на входных зажимах вольтметра, подсоединенного к источнику измеряемого постоянного напряжения Ux, показана на рис. 7.19. Для снижения действия помех на входе ЦИП иногда ставят фильтр нижних частот. Этот способ связан со снижением метрологических характеристик, сопротивления входа, быстродействия.

Рис. 7.19. Диаграмма напряжения на входе ЦИВ

Цифровые интегрирующие вольтметры (ЦИВ), показывающие среднее значение входного напряжения за некоторый фиксированный интервал времени Uxcv, позволяют получить результат без учета действия помех. Действительно, показания ЦИВ определяются следующим выражением:

где Unmax — амплитудное значение напряжения помехи; ω — угловая частота напряжения помехи.

Среди ЦИВ наиболее распространены вольтметры с двухтактным интегрированием. В ЦИВ с двухтактным интегрированием значение измеряемого напряжения сначала преобразуется во временной интервал, который уже непосредственно кодируется методом последовательного счета. Упрощенная структурная схема и временные диаграммы, поясняющие работу такого ЦИВ, приведены на рис. 7.20.

Рис. 7.20. Структурная схема (а) и временные диаграммы работы (б) ЦИВ с двухтактным интегрированием

В исходном состоянии аналоговые ключи К1 и К2, a также логический ключ К3 находятся в разомкнутом состоянии. В начале цикла измерения выходным сигналом U1 устройства управления УУ ключ K1 переводится в со стояние «замкнуто» и находится в этом состоянии в течение фиксированного интервала времени Через замкнутый К1 на вход интегратора И, построенного на операционном усилителе, в продолжение Δt1подается измеряемое напряжение Ux. Интервал Δt1 является первым тактом интегрирования. При положительной полярности Ux напряжение на выходе интегратора И во времяпервого такта линейно падает в соответствии с выражением

По окончании первого такта управляющий сигнал U1 на первом выходе устройства управления УУ принимает значение логического 0 и ключ K1 размыкается, одновременно на другом выходе УУ появляется сигнал, устанавливающий триггер Т в состояние 1. Выходным напряжением триггера U2 замыкаются ключи К2 и Кз Через замкнутый ключ К.2 на вход интегратора И поступает постоянное опорное напряжение U0, полярность которого противоположна полярности Ux. Интегрирование U0 составляет второй такт интегрирования, в течение которого выходное напряжение интегратора И линейно возрастает, а через открытый логический ключ Кз на счетчик СЧ проходят импульсы U5 генератора стабильной частоты ГИ. В момент, когда выходное напряжение интегратора U4 достигнет нулевого уровня, срабатывает сравнивающее устройство СУ. Его сигналом триггер сбрасывается в состояние 0, в результате чего размыкаются ключи K2 и. K3- Длительность второго такта определяется из условия:

Число импульсов генератора ГИ, зафиксированное счетчиком СЧ, равно

Длительность Δt1 выбирается равной или кратной периоду наиболее часто встречающейся помехи — напряжению промышленной сети: Δt1= 20m, мс — положительное, целое число). За счет этого обеспечивается значение коэффициента подавления помехи нормального вида K=>40 дБ для помех сетевого напряжения при колебаниях частоты помехи на ± 1 % по отношению к номинальному значению 50 Гц.

Читайте также:  Первая помощь пострадавшему при поражении электрическим током низкого напряжения

Интервал Δt1 в ЦИВ с двухтактным интегрированием обычно формируется с помощью входящего в состав устройства УУ триггерного делителя частоты, на вход которого поступают импульсы с выхода генератора ГИ (штриховая линия связи У У и Г И на рис. 7.20, а). Основными составляющими погрешности ЦИВ с двухтактным интегрированием являются погрешности дискретности квантования Δt2, от нестабильности опорного напряжения U0, от влияния остаточных параметров аналоговых ключей, из-за неточного выполнения операции интегрирования реальным интегратором.

Цифровые интегрирующие вольтметры с двухтактным интегрированием, выпускаемые промышленностью, и комбинированные приборы на их основе обычно являются многопредельными, допускают ручной и автоматический выбор пределов, характеризуются высокими точностью, чувствительностью и разрешающей способностью. Отсчетное устройство таких ЦИВ имеет шесть-семь знаков.

Помимо ЦИВ для измерения напряжения постоянного тока выпускаются также цифровые вольтметры, предназначенные для измерения мгновенных значений входного напряжения. Такие вольтметры не защищены от действия помех и не могут обеспечить высокой чувствительности и разрешающей способности, но в некоторых случаях их характеристики удовлетворяют потребителей. Среди неинтегрирующих ЦВ практическое распространение получили ЦВ с время- импульсным преобразованием и ЦВ поразрядного уравновешивания.

В ЦВ с время- импульсным преобразованием значение измеряемого напряжения Ux предварительно преобразуется в интервал времени Δt, который непосредственно кодируется методом последовательного счета. Преобразование Ux в Δt происходит посредством сравнения Ux с линейно изменяющимся напряжением u(t). Упрощенная структурная схема ЦВ и временные диаграммы его работы показаны на рис. 7:21. Как видно из структурной схемы, измеряемое напряжение Ux подается на один из входов сравнивающего устройства СУ, а другой вход СУ соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения ГЛИН.

Рис. 7.21. Структурная схема (а) и временные диаграммы работы (б) время-импульсного вольтметра

Генератор линейно изменяющегося напряжения обычно представляет собой интегратор, подключаемый на заданный интервал времени к источнику постоянного опорного напряжения. В начальный момент t цикла измерения происходит запуск ГЛИН. Поскольку непосредственно после запуска ГЛИН Ux>u(t), на выходе сравнивающего устройства СУ появляется скачок напряжения U1, равный логической 1. Этим напряжением открывается логический ключ K, через который на счетчик Сч начинают поступать импульсы с выхода генератора импульсов стабильной частоты ГИ. В момент t1, когда u(t) станет равным Ux, напряжение U1 на выходе СУ скачком изменяется до логического 0. За счет этого K размыкается, прекращая подачу импульсов на Сч. Интервал времени Δt, в течение которого на выходе СУ поддерживается напряжение, равное логической 1, пропорционален Uх:

где с — коэффициент, характеризующий скорость изменения u(t). За Δtна вход Сч пройдет п импульсов генератора ГИ

Таким образом, п оказывается пропорциональным Ux. При условии f/c=10 m , где m —любое целое число, можно, выбрав m, получить на ЦОУ значение Ux в требуемых единицах измерения (вольты, милливольты и т.д.).

Основные составляющие погрешности прибора — погрешность дискретности квантования Δt и погрешности от нестабильности То, нелинейности и нестабильности наклона U(t) и от наличия порога срабатывания СУ. Две последние составляющие и ограничивают главным образом точность таких вольтметров на уровне 0,1 %.

Упрощенная структурная схема ЦВ поразрядного уравновешивания и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 7.22. Схема содержит сравнивающее устройство СУ, на которое подаются измеряемое напряжение Ux и компенсирующее напряжение UK; генератор тактовых импульсов ГТИ, определяющий последовательность работы узлов ЦВ; устройство управления УУ, выходной код которого управляет ПКН —преобразователем кода в компенсирующее напряжение Us; дешифратор Дш кода ПКН и цифровое отсчетное устройство ЦОУ. Временные диаграммы рис. 7.22, б построены в предположении, что ПКН содержит две тетрады резисторов с весовыми коэффициентами сопротивлений 4-2-2-1, причем коммутация резисторов старшей тетрады дает приращение UK в вольтах, а младшей — в десятых долях вольта.

Рис. 7.22. Структурная схема (а) и временные диаграммы работы (б) ЦВ поразрядного уравновешивания

Рассмотрим работу ЦВ для Ux = 6,7 В. В каждом цикле измерения при поступлении первого импульса от ГТИ на выходе УУ вырабатывается кодовый сигнал 1, замыкающий в ПКН резистор старшей тетрады с первым весовым коэффициентом 4. При этом на выходе ПКН устанавливается значение UKl, равное 4 В. Поскольку UX>UM, выходной сигнал СУ после первого импульса ГТИ равен логической 1, за счет чего в УУ вводится запрет на сброс в ноль кодового сигнала, управляющего первым резистором старшей тетрады ПКН. С приходом второго импульса ГТИ на выходе УУ появляется кодовый сигнал 1 во втором разряде старшей тетрады. На выходе ПКН устанавливается напряжение Uк2=4 + 2=6 В. Поскольку Ux остается больше UK2, то выходной сигнал СУ вводит запрет на сброс в ноль кодового сигнала 1 и во втором разряде старшей тетрады. С приходом третьего импульса ГТИ на выходе ПКН устанавливается Uкз=8 В. Поскольку теперь Ux

При построении ЦВ с повышенной точностью и разрешающей способностью иногда применяется разделение процесса аналого-цифрового преобразования на два этапа. На первом этапе производится преобразование Ux в код, который заносится в т старших разрядов цифрового индикатора. Этот код затем подвергается точному обратному преобразованию с помощью ПКН. Выделяется разностное напряжение ΔU,между Uх и выходным напряжением ПКН. На втором такте производится преобразование усиленного значения kΔU в код, который заносится в m2 младших разрядов цифрового индикатора. Результат измерения выражается суммарным кодом, состоящим из т1 + т2 разрядов. Для преобразования на каждом из этапов могут быть применены одинаковые или разные методы.

9.1 Помехи общего и нормального вида

Помехи, действующие на цифровые измерительные устройства (ЦИУ), делятся на помехи нормального вида и помехи общего вида. Помехи нормального вида (например, наводки на соединительные провода) — помехи, эквивалентный генератор которых U’n включается последовательно с источником измеряемого напряжения (рис. 8-10). Помеха общего вида возникает из-за разности потенциалов между источником измеряемого напряжения Ux и точкой заземления прибора (эквивалентный генератор Uп« с внутренним сопротивлением Ri, на рис. 10.10). Ток от источника помехи общего вида, протекая по Rвх создает падение напряжения — помеху нормального вида.

Для уменьшения действия помех нормального вида в виде переменного напряжения (главным образом, частотой 50 Гц) применяют фильтры или ЦИУ с принципом действия, включающим в себя интегрирование входного сигнала.

Для борьбы с помехами общего вида схему прибора и его конструкцию выбирают так, чтобы сопротивление контура для тока помехи через Rвх было максимальным. Это достигается, например, изолированием входной цепи прибора от корпуса прибора. Ослабление действия помех в цифровых вольтметрах постоянного тока характеризуют коэффициентом подавления помехи (в децибелах) K=20 lg ((Uп/ΔU), где Un — напряжение источника помехи нормального (Uп) или общего (Uп» ) вида; ΔU — изменение показаний прибора под действием помехи нормального вида или падения напряжения на входном резисторе Rвх от действия помехи общего вида.

Источник