Измерение постоянных напряжений цифровыми вольтметрами ЦВ – ЦВ – прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме. Структурная схема: U x= КОД ЦИ АЦП ВУ АЦП – АЦП – преобразование измеряемой непрерывной (аналоговой) величины в цифровой код ( дискретизация измеряемой величины, квантование ее по уровню и цифровое кодирование)

В зависимости от структурной схемы АЦП вольтметры с прямым преобразованием без обратной связи; вольтметры с уравновешивающим (компенсационным) преобразованием с отрицательной обратной связью. В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования выделяют ЦВ: с время - импульсным преобразованием; с частотно - импульсным преобразованием; с кодеммм - импульсным преобразованием.

Принцип работы - преобразование измеряемого напряжения Ux в пропорциональный интервал времени Δt, длительность которого определяется путем заполнения импульсами опорной частоты и подсчета числа этих импульсов N с помощью счетчика. ЦВ с время-импульсным преобразованием Типовая структурная схема вольтметра мгновенного значения (не интегрирующего): К1 К2 Селектор ГСчИ Счетчик ГЛИН УУ ОУ

t t t U0U0 U x= + U 0 U UлUл ΔtxΔtx T сч

Источники погрешностей: погрешность, обусловленная нелинейностью образцового напряжения Uл и нестабильностью скорости его нарастания ( δU л ); погрешность из-за нестабильности частоты ГСчИ (δ ГСчИ ); погрешность дискретности, равная единице младшего разряда ( ± 1 / N ) ; погрешность за счет входной гармонической помехи.

Принцип работы - Принцип работы - преобразование измеряемого напряжения в пропорциональную ему значение частоты следования импульсов, а затем в цифровой код. Это вольтметры прямого преобразования. ЦВ с частотно-импульсным преобразованием – интегрирующие ЦВ (т.к. измерение частоты всегда производится за некоторый интервал времени, Основные функциональные узлы: ПНЧ – преобразователь напряжения в частоту и цифровой частотомер ЦВ с частотно-импульсным преобразованием ЦВ с частотно-импульсным преобразованием

U x= ВУПНЧ fxfx Частотомер цифровой Структурная схема : T и – время измерения

В зависимости от метода преобразования U x= f x все схемы ПНЧ подразделяются на 2 группы: 1. с непосредственным преобразованием ; 2. с косвенным преобразованием.

Интегратор Компаратор ООС U x= fxfx U0U0 U инт ПНЧ с непосредственным преобразованием Упрощенная структурная схема

f x Частота импульсов f x определяется интервалом времени T x = Т инт + t ос,U x= T x = Т инт + t ос, т.е. пропорциональна напряжению U x= Т инт t ос U0U0 U U инт TxTx t t

ПНЧ с косвенным преобразованием: U x= влияет на параметр, определяющий частоту генератора самовозбуждения (гармонического или релаксационного). МХ таких ПНЧ относительно невысокие.

Источники погрешностей в ЦВ с частотно- импульсным преобразованием: погрешности, свойственные цифровому частотомеру; погрешности, вносимые ПНЧ из-за неточности установки и нестабильности значений U o и τ.

ЦВ с кодеммм-импульсным преобразованием Принцип работы - Принцип работы - преобразование измеряемого напряжения в цифровой код путем последовательного сравнения этого напряжения с рядом дискретных значений известной величины, изменяющейся по определенному закону. Вольтметры с кодеммм-импульсным преобразованием – вольтметры уравновешивающего (компенсационного) преобразования. Неинтегрирующие. Уравновешивание в кодеммм - импульсных ЦВ может быть: развертывающим следящим а) развертывающим ; б) следящим.

Развертывающее уравновешивание Развертывающее уравновешивание – напряжение U x= сравнивается с компенсирующим напряжением U к, изменяющимся по определенной установленной программе. Развертывающее уравновешивание может быть реализовано по двум алгоритмам: 1. Равномерное ступенчатое увеличение компенсирующего напряжения 2. Поразрядное уравновешивание

1. Равномерное ступенчатое увеличение компенсирующего напряжения 1. Равномерное ступенчатое увеличение компенсирующего напряжения ГЛСН УУ ГСчИ К Селектор Счетчик ОУ U x= UкUк

Ux=Ux= UкUк ΔUкΔUк Ти Ти t U Т0Т0 старт стоп Компаратор срабатывает при U x= = U к и стоп - импульсом закрывает счетчик

2. Поразрядноеуравновешивание 2. Поразрядное уравновешивание Типовая структурная схема ЦВ с поразрядным уравновешиванием : К БОН ОУ УУ ЦАП U x= UкUк

UкUк U t

Следящееуравновешивание Следящее уравновешивание – осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями U x=. Цифровая следящая система отрабатывает не U x=, а разность U = U x= U к. Это повышает точность и быстродействие ЦВ, но появляется возможность возникновения автоколебаний в системе.

Источники погрешностей в кодеммм - импульсных ЦВ: неточная установка и нестабильность параметров Компаратора, ЦАП, ГЛСН (генератор линейно-ступенчатого напряжения) и ГСчИ (генератор счетных импульсов). Основная погрешность Основная погрешность ± (0,05….0,1) %.

Цифровые вольтметры переменного напряжения В АЦП входной величиной является напряжение переменного тока произвольной формы, а выходной величиной – цифровой код. Необходимые преобразования в вольтметрах ~ U: предварительные преобразования Ux~ в Ux=; обработка мгновенных значений Ux~ ; трансформация спектра Ux~ в область более низких частот.

1. Преобразователи Ux~ в Ux= Просты, работают в широком диапазоне частот. Остальная часть вольтметра – ЦВ постоянного напряжения. Преобразователи U x~ в U x= аналогичны детекторам аналоговых вольтметров. Ux~ может быть пропорционально U m, U ск, U св 2. Преобразователи с обработкой мгновенных значений U x~ 2. Преобразователи с обработкой мгновенных значений U x~ используются только в диапазоне низких частот. 3. Преобразователис трансформацией спектра 3. Преобразователи с трансформацией спектра используются на высоких частотах. В сочетании с Пр Ux~ / Ux= позволяют расширить диапазон рабочих частот.

Универсальные вольтметры и мультиметры Аналоговая часть Аналоговая часть - набор преобразователей измеряемых величин в Ux=, коммутируемых на вход ЦВ постоянного тока. универсальные вольтметры и мультиметры. Условно выделяют универсальные вольтметры и мультиметры. Универсальные вольтметры Универсальные вольтметры обеспечивают измерение Ux=, Ux~, Ix=, Ix~, R. Имеют преобразователи Ux~ / Ux= ; Ix= / Ux= ; Ix~ /Ux= ; Rx / Ux=. Мультиметры Мультиметры имеют дополнительные преобразователи – например, измеряют С, L, f, T