Изучение принципа действия и определение погрешности цифрового вольтметра.
Для измерения напряжения в цепи постоянного тока использовался времяимпульсный вольтметр с двойным интегрированием со следующими исходными данными:
- показания вольтметра Ux=21,4 В;
- номинальное напряжение вольтметра Uн=25 В;
- частота генератора счетных импульсов f0=2 МГц;
- напряжение на выходе интегратора Uи=Uион=0,5 В;
- интервал времени интегрирования входного напряжения T1=0,02 с.
Требуется:
1. Составить структурную схему цифрового измерительного прибора (ЦИП) и временную диаграмму аналого-цифрового преобразователя (АЦП);
2. Объяснить назначение отдельных узлов ЦИП;
3. Определить время измерений и число импульсов, прошедших на вход счетчика импульсов (СИ);
4. Объяснить составляющие погрешности ЦИП;
5. Определить погрешность измерения заданного напряжения;
6. Пояснить достоинства и недостатки ЦИП.
Решение
На рисунке 3.1 изображаем структурную схему ЦИП и соответствующие временные диаграммы.
Цикл измерения входного напряжения Ux состоит из двух отрезков времени T=T1+T2. В начале цикла измерения при t=t0 «Управляющее устройство» вырабатывает калиброванный импульс UупрI длительностью T1=T0*K, где T0 – период следования счетных импульсов; K емкость «Счетчика». В момент появления фронта управляющего импульса UупрI «Ключ» замыкается в положение «1», и с «Входного устройства» на «Интегратор» поступает напряжение Ux/, пропорциональное измеряемому напряжению Ux.
Интегрирование напряжения Ux/ продолжается в течение интервала времени T1 (на выходе интегратора формируется нарастающее напряжение Uи ), по окончании которого при t=t1 управляющий сигнал UупрII переводит «Ключ» в положение «2» и на интегратор с «Источника образцового напряжения» подается образцовое отрицательное напряжение Uион. Одновременно с этим управляющий сигнал UупрII опрокидывает «Триггер»
. На выходе интегратора формируется спадающее напряжение Uи, причем длительность интервала интегрирования T2 тем больше, чем выше амплитуда измеряемого напряжения Ux/.
Рисунок 3.1.
В момент времени t=t2 напряжение Uи на выходе интегратора становится равным нулю и «Сравнивающее устройство» (второй его вход соединен с корпусом) выдает сигнал на триггер, возвращая его в исходное состояние. На его выходе формируется импульс Uτ длительностью T2, поступающий на вход схемы «И». На другой ее вход подается сигнал UГСИ от «Генератора счетных импульсов». По окончании импульса, поступающего с триггера, процесс измерения прекращается.
На счетчике, а значит и на «Цифровом отсчетном устройстве» оказывается записанным число импульсов NUсч, пропорциональное уровню измеряемого напряжения Ux:
t0t1Ux/*dt-t1t2Uион*dt=0.
Это выражение приводит к следующим формулам:
T1=T0*K и T2≈T0*N ,
откуда получаем:
Ux/*T1≈Uион*T2.
Время измерения tx определяется из условия:
Uи=k*0T1Ux*dt=k*0txUион*dt, или
k*T1*Uxср=k*tx*Uион ,
где k – коэффициент скорости нарастания напряжения; Uxср=Ux – среднее за время T1 значение входного напряжения.
Поэтому:
tx=T1*UxUион=0,02*21,40,5=0,856 с.
Таким образом, число импульсов, зафиксированных за время tx, равно:
N=txT0=T1T0*Uион*Uxср , но
f0=1T0, откуда T0=1f0 и получаем:
N=txT0=T1T0*Uион*Ux=T11f0*Uион*Ux=T1*f0Uион*Ux.
Подставив имеющиеся числовые значения в последнюю формулу, получаем:
N=0,02*2*1060,5*21,4=1,71*106.
Погрешность результата измерения зависит от одного уровня образцового напряжения
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
