Изучение принципа действия и определение погрешности цифровых вольтметров.
Для измерения напряжения в цепи постоянного тока использовался времяимпульсный вольтметр с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН) со следующими исходными данными:
- показания вольтметра Ux=32,4 В;
- номинальное напряжение вольтметра Uн=50 В;
- частота генератора счетных импульсов f0=1 МГц;
- коэффициент скорости изменения напряжения на выходе ГЛИН s=12,5 Вc.
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 4.1 изображаем структурную схему ЦИП и соответствующие временные диаграммы.
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 Uх/ (т.е. Uх). Линейно изменяющееся во времени напряжение Uглин с ГЛИН поступает на входы 1 двух сравнивающих устройств. Другой вход устройства сравнения 1 соединен с корпусом.
Рисунок 4.1.
В момент равенства напряжения Uглин = 0 на входах устройства сравнения 1 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 2. Этот сигнал возникает в момент равенства измеряемого Uх/ и линейно изменяющегося напряжения Uглин.
Сформированный таким образом сигнал Uт длительностью Δt = Uх/ S (S — коэффициент преобразования) подается на вход схемы И, на второй вход которой поступает сигнал Uгси с генератора счетных импульсов, следующих с частотой f0 = 1/T0. На выходе схемы И импульсный сигнал Uсч, 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 ≈ Δt/Т0 (с учетом коэффициента преобразования S) подсчитывается счетчиком и отображается на индикаторе цифрового отсчетного устройства прибора. Полученная формула
Uх/ = N/(f0S),
не учитывает погрешности дискретности из-за несовпадения появления счетных импульсов с началом и концом интервала Δt. Однако еще большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования S
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
