Вольтметры с времяимпульсным преобразованием.

В цифровых вольтметрах времяимпульсного (временного) типа содержатся АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняется импульсами, следующими с известной частотой. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорционально измеряемому напряжению.

Погрешность измерений времяимпульсных вольтметров определяется рядом следующих факторов: погрешностью дискретизации измеряемого сигнала; нестабильностью частоты счетных импульсов; наличием порога чувствительности у схемы сравнения и нелинейностью пилообразного напряжения, поступающего на схему сравнения.

Времяимпульсный вольтметр с генератором линейно изменяющегося напряжения представлен на рис. 4.2.5.

Рис. 4.2.5. Структурная схема цифрового вольтметра постоянного тока с ГЛИН

Данный тип цифрового вольтметра времяимпульсного преобразования включает: АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, расположенный во входном устройстве; генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН); два устройства сравнения; триггер Т; схему И; генератор счетных импульсов; счетчик импульсов; цифровое отсчетное устройство.

Дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых N пропорционально величине входного напряжения U'_х (т.е. U_x). Линейно изменяющееся во времени напряжение U_глин с ГЛИН поступает на входы 1 двух сравнивающих устройств. Другой вход устройства сравнения I соединен с корпусом.

В момент равенства напряжений U_глин=0 на входах устройства сравнения I на его выходе возникает импульс (так фиксируется нулевой уровень входного сигнала). Этот импульс, подаваемый на единичный вход триггера Т, вызывает появление сигнала на его выходе. Возвращается триггер в исходное состояние импульсом, поступающим с выхода сравнивающего устройства II. Этот сигнал возникает в момент равенства измеряемого U_x^´ и линейно изменяющегося напряжения U_глин. Сформированный таким образом сигнал U_т длительностью Dt=U_x^´S (S — коэффициент преобразования) подается на вход схемы И, на второй вход которой поступает сигнал U_гси с генератора счетных импульсов, следующих с частотой f₀= 1/T₀. На выходе схемы И импульсный сигнал U_сч появляется только тогда, когда есть импульсы на обоих входах, т.е. счетные импульсы проходят тогда, когда присутствует сигнал на выходе триггера.

Количество прошедших импульсов N » Dt/T₀ (с учетом коэффициента преобразования S) подсчитывается счетчиком и отображается на индикаторе цифрового отсчетного устройства прибора. Полученная формула U_x^´ = N(f₀S) не учитывает погрешности дискретности из-за несовпадения появления счетных импульсов с началом и концом интервала Dt. Однако еще большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования S. Поэтому вольтметры, построенные по данной схеме, являются наименее точными в ряду цифровых. Иногда вольтметры такого типа выполняются как щитовые. К недостаткам вольтметров с ГЛИН относится также необходимость применения фильтров для подавления помех, так как приборы не являются интегрирующими.

Цифровые мультиметры.

Включение в структурную схему цифрового вольтметра микропроцессора и дополнительных преобразователей позволяет превратить его в универсальный измерительный прибор — мультиметр. Цифровые мультиметры измеряют постоянное и переменное напряжение, силу тока, сопротивления резисторов, частоту электрических колебаний и т.д. При совместном использовании с осциллографом мультиметры позволяют измерять временные интервалы (период, длительность импульсов и т.д.). Наличие в схеме вольтметра микропроцессора позволяет осуществлять автоматическую коррекцию погрешностей, автокалибровку и диагностику отказов.

Блок нормализации сигналов с помощью соответствующих преобразователей приводит входные измеряемые параметры (напряжения переменного и постоянного тока, сопротивления постоянному току и пр.) к унифицированному сигналу (u₌), который подается на вход АЦП. Последний действует обычно по методу двойного интегрирования. Блок управления обеспечивает выбор режима работы для заданного вида измерений, управление АЦП, дисплеем. Кроме того, он создает нужную конфигурацию системы измерения.

Основой блок управления явлуввс3яется микропроцессор, который связан с другими узлами через сдвигающее регистры. Управление микропроцессором осуществляется с помощью клавиатуры, расположенной на панели управления или через стандартный интерфейс (блок сопряжения; стык) подключаемого канала связи. Программа работы микропроцессора хранится в ПЗУ и обеспечивается с помощью ОЗУ.

Для измерений используются встроенные высоко стабильные и прецизионные резистивные делители опорного напряжения, ДУ и ряд внешних элементов. Все импульсные и цифровые устройства синхронизируются сигналами генератора тактовых импульсов.