Цифров мултимер


Категория на документа: Други


2.4. Импулсни волтметри
2.4.1. Компенсационни импулсни волтметри.

В тях се извършва сравняване на максималната стойност на импулсното напрежение с постоянно регулируемо напрежение. Те могат да бъдат с ръчна или автоматична компенсация.

Фиг. 2.6. Компенсационен волтметър с ръчно уравновесяване

На фиг.2.6. е показана схема на компенсационен волтметър с ръчно уравновесяване. Към кондензатора С на диодния преобразувател с отворен вход се подава регулируемо постоянно напрежение Ек от делителя Rк. Когато напрежението Ек е по-малко от амплитудната стойност на импулсното напрежение, всички процеси протичат според фиг. 2.7.

Фиг. 2.7.Формата на напрежението върху кондензатора

Напрежението uс върху кондензатора не достига стойността um и през времето tи той се дозарежда. Ако обаче Ек достигне стойността um, кондензаторът няма да се зарежда през интервалите tn. Пулсациите на uс и за зареждащия ток ще изчезнат. В този момент е осъществено Ек= Uo= Um. Волтметърът за постоянно напрежение ще показва стойността Um независимо от коефициента на запълване r. Моментът, в който Ек достига Um,се установява посредством нулевия индикатор НИ. Като такъв може да се използва електронен осцилоскоп или електронен волтметър. При Ек = Um пулсациите, наблюдавани на екрана на осцилоскопа, се превръщат в права линия, а електронният волтметър показва "0".

При използване на компенсационната схема на фиг.2.6. входното съпротивление на волтметъра не е от съществено значение. Резисторът R предпазва постояннотоковия източник от претоварване, а при малки стойности на Um защитава преобразувателя от късо съединение.

Разглежданата схема има неудобството, че в процеса на компенсирането трябва точно да се установява момента, в който Ек = Um. Ако регулирането с Rк продължи, ще се извърши погрешно измерване. Това неудобство се премахва при автоматизиране на процеса на сравняване и компенсация. Компенсационните импулсни волтметри се изграждат най-често по схемата, показана на фиг. 2.8. Диодът Д1 и кондензаторът С1 образуват диоден преобразувател за максимална стойност с отворен вход. Променливата съставка (пулсациите) на напрежението uс1 се усилва многократно от импулсния усилвател ИмпУ. На неговия вход е включен втори диоден преобразувател за максимална стойност (Д2,С2). Поради големия коефициент на усилване на ИмпУ напрежението uс2 нараства по-бързо от uс1. Неговата постоянна стойност Um се подава към катода на диода Д1. Когато Uo, достигне стойността Um, пулсациите на напрежението uс1 изчезват и дозареждането на С2 се прекратява автоматично. Вижда се, че в разглежданата схема ролята на Ек се изпълнява от напрежението uс2 (U02 ), а ролята на нулев индикатор, който управлява процеса на компенсацията - от импулсния усилвател ИмпУ. Волтметърът е електронен с постояннотоков измервателен усилвател.
Общ недостатък на умпулсните волтметри е сравнително ниската им чувствителност.

Фиг. 2.8.Компенсационнен импулсен волтметър с импулсен усилвател

ГЛАВА III
ИЗБОР НА СХЕМНО РЕШЕНИЕ

3.1. Структура на цифровия мултимер

Цифровите интегриращи мултимери (комбинирани цифрови уреди за измерване на няколко величини - напрежение, ток, съпротивление и т.н.) преобразуват аналоговата величина в цифров код - извършва се измерване с висока точност. Това преобразуване се осъществява посредством аналого-цифров преобразувател (АЦП) който се използва в мултимерите. Той преобразува входното напрежение в цифров код. Според вида на преобразуваното напрежение АЦП могат да се разделят на АЦП за постоянен ток, за променлив ток и за импулси напрежения. АЦП за постоянен ток могат да се класифицират по два начина: с косвено преобразуване и с директно преобразуване. При първият вид се преобразува в: честота, фаза и интервал от време; а при втория - преобразуването на измерваното напрежение в цифров код се извършва чрез директното му сравняване с еталонно напрежение.
В болшинството съвременни ЦММ се използват най вече АЦП с двойно интегриране, имащи редица предимства пред другите типове. По същество методът на двойното интегриране е метод за преобразуване на измерваното напрежение във временен интервал. Принципът на действие на този вид АЦП се илюстрира на структурна схема на фиг. 3.1, а времедиаграмите на фиг. 3.2.
Със започване на преобразуването към интегратора И1 чрез ключа К1 се подава входно напрежение - Ux. В продължение на фиксиран интервал от време Т под действието на Ux напрежението на изхода на интегратора И1 нараства линейно. Това нарастване продължава до изтичане на интервала Т, когато ключът К1 се изключва и се включва ключът К2. Напрежението на изхода на интегратора И1 започва да намалява линейно, тъй като подаденото чрез К2 опорно напрежение е константно и има положителна полярност. Щом потенциалът на изхода на И1 стане равен на нула, диференциалният компаратор ДК се преобръща, от което произ-тичат няколко команди от управляващото устройство УУ. Най-напред УУ изпраща стробиращ импулс към паметта П, благодарение на което състоянието на брояча Б се прехвърля в нея и се съхранява до завършването на ново измерване.
Освен това ключа К2 се отваря, а се затваря ключа К4, който поддържа интегратора нулиран до започване на новото измерване. Фактически времето, през което се извършва второ интегриране, определя временния интервал, пропорционален на измерваното напрежение.

Фиг. 3.1. Функционална схема на АЦП с двойно интегриране

Получаването на интервала Т, определящ времето на първото интегриране, става чрез делене на честотата на собствения тактов генератор ТГ с брояча Б. Както се вижда от времедиаграмите на фиг. 3.2, при започване на първото интегриране от УУ към брояча Б се подава нулиращ импулс и се разрешава чрез И2 постъпването на тактови импулси от ТГ към Б. При отброяване на определените от капацитета на брояча Б импулси той се препълва и в следващия момент, когато е фактически в нулево състояние, се фиксира края на първото интегриране. От този момент броячът на постъпващите в брояча импулси е пропорционален на времето на второто интегриране. В крайна сметка показанието ще бъде:

N = k . Ux . 1/Uоп [1]

Вижда се, че точността на преобразувателя се определя само от опорното напрежение Uоп. Освен това изискването за висока стабилност на честотата на тактовия генератор ТГ при АЦП с двойно интегриране отпада. На практика в качеството на тактов генератор се използва обикновен мултивибратор.

Друго ценно свойство на АЦП с двойно интегриране е способността да подтиска смущаващи периодични сигнали, насложени върху измерваното напрежение. Когато времето, през което се интегрира входното напрежение, е точно равно на периода на периодичния сигнал, насложен върху измерваното постоянно напрежение, смущаващият сигнал не оказва влияние на показанието. Това е така, защото напрежението на изхода на интегратора не се променя в края на периода на смущаващия сигнал, а този край съвпада с края на първото интегриране. Ефектът на подтискане на периодични смущаващи сигнали се запазва и когато времето на първото интегриране е с цяло число пъти по-голямо от периода на смущаващия сигнал.

Тъй като в практиката най-често наслагващият се периодичен смущаващ сигнал е с мрежова честота 50 Hz, времето на първото интегриране се избира Т = 20 ms или кратно на него. Най-често се използва Т = 5 . Тмр = 100 ms.
В някои по-прецизни АЦП с двойно интегриране се въвежда специална схема за фазова автонастройка на честотата на тактовия генератор. С помощта на фазов компаратор непрекъснато се сравнява мрежовата честота с честотата, получена чрез делене на честотата на ТГ, определяща времето за първото интегриране. Щом мрежовата честота се промени, макар и нищожно малко, на изхода на фазовия компаратор се получават импулси, чиято ширина е пропорционална на фазовата разлика между сравняваните честоти. Сигналът от фазовия компаратор се филтрира с нискочестотен филтър и изменя честотата на тактовия генератор ТГ до получаване на нулева фазова разлика. Този вид АЦП има огромно подтискане на наложен върху измерваното напрежение мрежов фон - повече от 80 dB,което при другите методи е непостижимо.

Изградените по разгледания начин АЦП имат точност, непревишаваща ± 0,01 %. Точността се ограничава от дрейфа на интегратора и компаратора при достатъчно висока стабилност на опорното напрежение. От фиг. 3.3 се вижда влиянието на дрейфа на компаратора и интегратора върху показанието. Разгледан е случай с отрицателно входно напрежение и отрицателна полярност на напрежението на дрейфа на интегратора. Вижда се, че времето tх, което е истинската стойност на времеинтервала, се получава по-дълъг с време Dtх интервал t`х и показанието на АЦП ще бъде по-голямо.

Фиг. 3.3. Влияние на дрейфа на интегратора и компаратора

Влиянието на дрейфа на компаратора се вижда от втората времедиаграма (фиг. 3.3). Ако компараторът се обръща не при 0 V, а при някакво положително напрежение, това ще доведе до скъсяване времеинтервала tх на t`х, т.е. показанието ще бъде по-малко.

3.2. Начини за реализиране на основните функции на цифровия мултимер.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Цифров мултимер 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.