Измерения с помощью цифрового мультиметра (руководство к лаборатоной работе), страница 2

                            (1)

Таким образом, n оказывается пропорциональным UX. При условии f0/c=10m, где m — любое целое число, мож­но, выбрав m, получить на ЦОУ значение UХ в требуемых единицах измерения (вольты, милливольты и т.д.).

Основные составляющие погрешности прибора — по­грешность дискретности квантования Δt и погрешности от нестабильности T0, нелинейности и нестабильности накло­на U(t) и от наличия порога срабатывания СУ. Две послед­ние составляющие и ограничивают главным образом точ­ность таких вольтметров на уровне 0,1 %.

Основным недостатком такого вольтметра является невозможность подавления помехи промышленной частоты, которая почти всегда присутствует во входном сигнале. Поэтому более широкое распространение получили интегрирующие вольтметры. Реальная временная диаграмма напряжения на вход­ных зажимах вольтметра, подсоединенного к источнику измеряемого постоянного напряжения UХ, показана на
рис. 2. Для снижения действия помех на входе ЦИП иногда ставят фильтры нижних частот, однако этот способ почти всегда связан со снижением метрологических характеристик, уменьшением входного сопротивления и быстродействия.

Рис. 2  Диаграмма напряжений на входе ЦИВ

Цифровые интегрирующие вольтметры (ЦИВ), показы­вающие среднее значение входного напряжения за некото­рый фиксированный интервал времени UХср, позволяют по­лучить результат без учета действия помех. Действительно, показания ЦИВ определяются следующим выражением:

,               (2)

где UПmax — амплитудное значение напряжения помехи; ω — угловая частота напряжения помехи.

Если Δtи = 2πm/ω = Tm (m = l, 2, 3 и т. д.), то UХcp = UХ. Среди ЦИВ наиболее распространены вольтметры с двухтактным интегрированием. В ЦИВ с двухтактным интегрированием значение измеряемого напряжения снача­ла преобразуется во временной интервал, который уже не­посредственно кодируется методом последовательного сче­та. Упрощенная структурная схема и временные диаграм­мы, поясняющие работу такого ЦИВ, приведены на рис. 3.

В исходном состоянии аналоговые ключи К1 и К2, а также логический ключ К3 находятся в разомкнутом со­стоянии. В начале цикла измерения выходным сигналом u1 устройства управления УУ ключ К1 переводится в состояние, «замкнуто» и находится в этом состоянии в тече­ние фиксированного интервала времени Δt1. Через замкну­тый ключ К1 на вход интегратора И, построенного на операци­онном усилителе, в продолжение Δt1 подается измеряемое напряжение UХ. Интервал Δt1 является первым тактом ин­тегрирования. При положительной полярности UХ напря­жение на выходе интегратора И во время первого такта линейно падает в соответствии с выражением

                                          (3)

Рис. 3 Структурная схема (а) и временные диаграммы работы (б) ЦИВ с двухтактным интегрированием

По окончании первого такта управляющий сигнал u1 на первом выходе устройства управления УУ принимает значение логического 0 и ключ К1 размыкается, одновре­менно на другом выходе УУ появляется сигнал, устанав­ливающий триггер Т в состояние 1. Выходным напряжени­ем триггера u2  замыкаются ключи К2 и К3. Через замкну­тый ключ К2 на вход интегратора И поступает постоянное опорное напряжение U0, полярность которого противопо­ложна полярности UХ. Интегрирование U0 составляет вто­рой такт интегрирования, в течение которого выходное на­пряжение интегратора И линейно возрастает: , а через открытый логический ключ К3 на счетчик СЧ проходят импульсы u5 генератора стабильной частоты ГИ. В момент, когда выходное напряжение инте­гратора u4 достигнет нулевого уровня, срабатывает сравни­вающее устройство СУ. Его сигналом триггер сбрасывается в состояние 0, в результате чего размыкаются ключи К2 и К3. Длительность второго такта определяется из условия