Цифров мултимер


Категория на документа: Други


Към основните функции, които се разглеждат при реализирането на разглеждания ЦММ спадат:
- измерване на постоянно напрежение;
- измерване на променливо напрежение;
- измерване на постоянен ток;
- измерване на променлив ток;
- измерване на съпротивления.

Различните функции се реализират с помощта на отделни функционални блокове, входовете на които се превключват към входните клеми, а изходите им - към един общ АЦП (фиг. 3.4)

Фиг. 3.4. Блокова схема на цифровия мултимер
3.2.1 Функционален блок за измерване на постоянно напрежение.

По същество блокът за измерване на постоянно напрежение представлява един буферен усилвател, чийто коефициент на предаване като цяло, може да бъде по-голям или по-малък от единица. Въвеждането на този блок е наложително, за да се обезпечи голямото входно съпротивление, тъй като АЦП в общия случай има нискоомен вход. От друга страна, чрез промяна на коефициента на предаване на входния буферен усилвател се реализират отделните обхвати на уреда като волтметър (АЦП има само един обхват). Входът на ЦММ, имащ входен буферен усилвател с несиметричен вход, е също несиметричен - една от входните клеми е на маса. Измерването на потенциални разлики с такъв ЦММ в някои случаи може да бъде неточно поради влиянието на масата му върху измерваната му верига. Независимо от това болшинството от ЦММ имат подобни входни усилватели.

3.2.2 Функционален блок за измерване на постоянни токове

За измерване на постоянни токове в ЦММ се въвеждат еталонни резистори с определена стойност при различните обхвати, падът върху които се измерва от волтметъра на ЦММ. За разлика от аналоговите амперметри, където при определяне стойността на еталонните резистори се взема в предвид влиянието на вътрешното съпротивление на измерителната система, при ЦММ стойността на еталонните резистори се определя от:
Rет = Ua/Iобхват [1]
(Rвх на волтметъра на ЦММ е много по-голямо от Rет)

В тази формула Iобхват е максималната стойност на тока, измерван при дадения обхват, а Uа - приетият максимален пад на напрежение върху амперметъра. За да не се внася допълнителна грешка при измерването, падът Ua трябва да бъде минимален и се определя от големината на най-чувствителния обхват на волтметъра на ЦММ (най-често Ua = 0,1 - 0,2 V). Схемата за измерване на постоянни токове е показана на фиг. 3.6.

Фиг. 3.5. Начини на осъществяване на основните обхвати при измерване на токове

По подобие на аналоговите амперметри и при ЦММ се използва серийно свързване на еталонните резистори (фиг. 3.5.а). В този случай еталонният резистор за по-чувствителния обхват е равен на сумата от резисторите за по-грубите обхвати. При някои ЦММ се използват отделни еталонни резистори за различните обхвати (при аналоговите амперметри това свързване се избягва заради претоварването на измерителната система, когато се сменя обхватът), както е дадено на фиг. 3.5.б.

Измервателният ток Ix, протичайки през еталонните резистори R1-R4, създава напрежителен пад Ux, който се подава към волтметъра на ЦММ. За да не се прекъсва веригата, чийто ток се измерва, в схемата на фиг. 3.5.б са въведени два паралелно-противо-посочни свързани диода силициев тип, които нормално не оказват влияние, тъй като праговото им напрежение е 0,5 - 0,7 V. Контакт-ното съпротивление на контактите К1 - К4 в схемата на фиг. 3.5.б трябва да бъде много по-малко от съпротивлението на еталонните резистори R1 - R4.

Тъй като изпълнението на това условие е трудно, при ЦММ с три и повече разряда се използват други схеми на свързване на еталонните резистори. При тях напрежението, пропорционално на измервания ток, се снема непосредствено от самите краища на еталонните резистори, за да се избегнат паразитните падове върху контактното съпротивление и изводите им. В тази връзка трябва да се спомене, че при фиг. 3.5.а влияние оказват само изводите на резисторите R1 - R4.

Фиг. 3.6. Схема за измерване на постоянни токове

3.2.3. Функционален блок за измерване на променливи напре-жения и токове

Като правило измерването на променливи напрежения и токове в ММ се въвежда допълнителен функционален блок, преобразуващ измерваното променливо напрежение в постоянно. Полученото постоянно напрежение след преобразуването се измерва от постояннотоковия волтметър на ММ или се подава директно на неговия АЦП.

Освен в някои специални случаи, когато наистина е нужно да бъде измервана средната или амплитудна стойност на измерваното променливо напрежение, най-голямо значение за практиката има неговата ефективна стойност. За това почти всички волтметри с преобразуването на променливото напрежение в постоянно са изградени с детектор, чието изходно напрежение е пропорционално на средната или амплитудна стойност, а показанието им е калибрирано по ефективната стойност. Такъв тип волтметър е пригоден за измерване само на синусоидални напрежения. При несинусоидални по форма напрежения коефициентът на съответствие между ефективната и средната или амплитудната стойност се променя и се допуска допълнителна грешка, която може да достигне до 30 - 40 %.
Независимо от това, поради трудностите при реализиране на волтметър, реагиращ директно на ефективната стойност, болшин-ството ЦММ имат преобразувател с променливо-постоянно напре-жение, изграден с детектор на средна стойност. На фиг. 3.7 е дадена принципната схема на преобразувател променливо-постоянно напре-жение, който е използван в ЦММ на фирмата "Metallurgieelektronik - Leipzig". Схемата не е сложна и може да се използва в люби-телските ЦММ. Входното съпротивление е Rвх = 11 МW и не се променя при различните обхвати на измерване. Честотната лента, при нестабилност 0,5 %, е 20 Hz - 20 kHz. Схемата е защитена от претоварване чрез транзисторите V3, V4. Преобразувателят променливо-постоянно напрежение е изпълнен по т.нар. схема на активен детектор - ИС4, VD1, VD2. Нелинейността на диодите се компенсира благодарение на голямото усилване на ИС4 и дълбоката обратна връзка (при най-чувствителния обхват 0,2 V еквивалентният коефициент на предаване не надхвърля 10). Изправеното напрежение се получава върху резисторите R19 и R22. Чрез R18 в ИС4 е въведена 100 % ООВ по постоянен ток. Чрез тримера R21 се извършва нулиране при даден на късо вход на преобразувателя. В прецизните ЦММ, за повишаване на точността при измерване на променливи напрежения с произволна форма, се използва специален преобразувател, изчисляващ ефективната стойност на измерваното напрежение. Основната зависимост за ефективната стойност е:

Най-напред входното напрежение постъпва в аналогов квадратор, извършващ операцията квадриране Uвх(t)2, след което полученият квадратиран сигнал постъпва в интегратор с определена времеконстанта. Накрая от полученото напрежение след интегратора се извлича квадратен корен.

Точността на описания преобразувател на ефективна стойност достига до 0,1 %. Честотният обхват, в който се запазва тази точност, е 100 Hz - 10 kHz, а при точност 1 % - 100 Hz до 100 kHz. По настоящем освен с отделни ИС и дискретни елементи такива преобразуватели се строят във вид на самостоятелни хибридни тънкослойни интегрални схеми.

Използваната интегрална схема представлява операционен усилвател със следните параметри:
- минимално захранващо напрежение - 3 V;
- максимално захранващо напрежение - 22 V;
- входна несиметрия по напрежение - 6 mV;
- входна несиметрия по ток - 500 nA;
- коефициент на усилвате по напрежение - 25000;
- коефициент на подтискане на синфазните сигнали - 90 dB;
- входно съпротивление - 2 MW;



Сподели линка с приятел:





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