Вероятностное описание погрешностей измерения, страница 35

ЦСОИ

Сч

К

УФ

                                                                               

 

ФВИ

ГИ

ГОИР

ГОИВ – генератор образцового интервала времени;

ФВИ – формирование временного интервала.

ГОИВ, состоящий из ГИ и ФВИ вырабатывает прямоугольный импульс  длительностью , в течение которого открыт ключ , и импульсы  измеряемой частоты , сформированные из входного напряжения  , поступают на . Количество импульсов , подсчитанное  - пропорционально измеряемой частоте. Результат измерения индицирует ЦСОИ.

Погрешность квантования:

                                      (5.14)

включает в себя две составляющие  и . Погрешность  можно устранить, осуществляя запуск ГОИВ от фронта входного сигнала . Тогда :

                                                 (5.15)

Если запуск ГОИВ осуществить в момент соответствующий середине периода измеряемой частоты , то погрешность квантования изменится вдвое.

Можно применять также усредненное по  периодам измеряемого сигнала. При заданной погрешности измерения, максимальное значение образцового интервала времени  обратно пропорционально нижней частоте  диапазона измерения. Поэтому ЦЧ среднего значения нецелесообразно применять при измерении низких частот, т.к. время измерения при этом значительно возрастает.

Частотомеры мгновенного значения предназначены для измерения в диапазоне низких и инфранизких частот. Принцип работы ЦЧ мгновенного значения основан на измерении периода:

,

который определяет частоту .

В современных ЧМ  для преобразования результата измерения в обратно пропорциональную величину используются вычислительные средства на микро процессорах.

5.6.2 Цифровые вольтметры частотного преобразования

Принцип действия ЦВ основан на промежуточном преобразовании измеряемого напряжения в частоту амплитудного или гармонического сигнала с последующим преобразованием этой частоты в код. Преобразование напряжения этой частоту (ПИЧ).

Преобразователь напряжение в частоту состоит из , реализованного на дифференциальном усилителе ОУ и двух RC-цепочках, УС, ИОН и ФИ стабильной … площади ().

До тех пор, пока  на выходе  меньше порогового напряжения , сигнал с выхода УС запирает ФИ  (), а  интегрирует только измеряемое напряжение . Когда  сигнал на выходе УС запускает ФИ, и в течение времени  на второй вход  подается опорное напряжение  противоположной полярности с .  интегрирует разность  в течение времени . Затем в течении времени  снова интегрируется только  до достижения  и т.д. Т. к. изменения  напряжения  за интервал времени  и  равны, но противоположны по знаку, то можно дописать.

где  - постоянная  времени . Отсюда имеем:

Период повторения выходного сигнала , значит:

- среднее значение за  входного напряжения.

Отсюда функция преобразования:

                                           (5.18)

Из (5.18) видно, что функция преобразования ПНЧ не зависит от параметров большинства элементов и узлов, что обеспечивает высокие метрологические характеристики ЦВ. Точность определяется стабильностью вольт-секундной площади  выходного импульса ФИ. Далее частота преобразуется в код методами, описанными ранее. Т.к. она устраняется за известное время , то результаты измерения становятся еще точнее.

В7-21, В7-18, В7-25 точность 0,01 – 1% и подавление помехи 60-70 дБ.

5.7 Цифровые измерительные приборы для измерения переменных напряжений и токов.

При использовании периодического сигнала в качестве информативных параметров могут наступать его мгновенные значения, амплитуда, частота, период, фаза, или интегральные характеристики.

Рассмотрим ЦИП для измерения действующего и среднего значения и для измерения амплитудного значения напряжения.

В большинстве ЦИП первой группы осуществляется преобразование переменного напряжения в постоянное

 

М Пр- масштабируемый преобразователь

Д - детектор

Ф - фильтр

Инт - интегратор

Л - линеанизатор

ЦВ - цифровой вольтметр

            Детектор может быть линейным или квадратичным в зависимости от того, измеряется средневыпрямленное или эффективное значение переменного напряжения. Л имеет функцию преобразования, обратную функции преобразования Д. Постоянное напряжение с входа Л измеряется ЦВ.

            Преимущества таких ЦВ - простота, экономичность, универсальность, т.к. они могут применятся для измерения таких переменных так и постоянных напряжений.

            Для измерения амплитудного значения переменного синусоидального или импульсного напряжения применяются амплитудные анализаторы и ЦВ с запоминанием. Они строятся по тому же принципу что и ЦВ параллельного преобразования, рассмотренные в 5.6.3.

(см. Рис на стр. 70).

АЗУ - аналоговое запоминающее устройство

ДУ - дифференцирующее устройство

(## стр. 71)

            Цикл работы прибора состоит из двух тактов: запоминание и измерение. В первом такте при достижении максимума измеряемого напряжения сигнал на выходе ДУ, пропорциональный U_x^’(t), меняет знак с положительного на отрицательный, и УУ выдает строб-импульс в течении которого АЗУ запоминает амплитуду сигнала. По окончании строб- импульса ЦВ в течении времени t_пр производит преобразования напряжения с выхода АЗУ в цифровой отсчет N. АЗУ включает в себя: накопительный конденсатор C_нак, Кл и ОУ₁, ОУ₂.

(см рис. На стр. 71)

Строб - импульс длительностью t_зап подается на управляющий вход ключа Кл.

Ключ замыкается и происходит заряд конденсатора С_нак. Схема при этом работает как повторитель напряжения. При размыкании Кл запоминает уровень входного сигнала. Общая отрицательная обратная связь с выхода ОУ₂ на выход ОУ₁ позволяет существенно снизить погрешности АЗУ в режиме запоминания. УВ с запоминанием имеют погрешность порядка 0,1 – 1,2 %, время запоминания t_зап = 10 мкс.

5.8 ЦИП для измерения параметров электрических цепей

В основном – это измерители параметров R_, L, C.