Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы, страница 8

Также для повышения точности измерений можно использовать различные способы оценки квантования интервала времени . Таким способом является способ электронного нониуса.

Цифровой счетчик ЦС₁ подсчитывает импульсы ГТИ за время измеряемое . Количество импульсов:  определяющее число в младшем разряде отсчета. В общем случае, если период ГУВ , то цена деления нониуса равна: . В десятичной системе счисления, если необходимо получить m дополнительных разрядов счисления  должна быть равна: . Следует отметить, что длительность обоих импульсов не должна быть больше, чем . В противном случае начнутся неоднократные совпадения импульсов и схема работать не будет.

Цифровые измерители сдвига фаз.

U₁, U₂ – гармонические сигналы, имеющие сдвиг фаз. Напряжение U₂ подается на фазовращатель ФВ, управляемый устройством управления УУ. U₃ – напряжение со сдвинутой фазой, фаза U₃ вращается до тех пор, пока не совпадает с фазой U₁. В процессе уравновешивания знак различия фаз определяется фазочувствительным детектором ФЧD, который посылает сигналы на УУ.

Разность фаз U₂ и U₃ индицируется на ЦОУ и является по сути разностью фаз U₂ и U₁.

В фазометрах прямого преобразования измеряемый фазовый сдвиг  преобразовывается во временной интервал . Такие фазометры в свою очередь делятся на две группы:

– с измерением непосредственно временного интервала;

– с преобразованием в напряжение и последующим преобразованием напряжения в код.

Второй вариант менее целесообразен из-за дополнительного преобразования , но проще при реализации поскольку такой измеритель фаз состоит из двух хорошо отработанных узлов: преобразователь аналоговый  в U и цифровой вольтметр.

Преобразователи  в код в свою очередь делятся на 2 группы:

1)  измерители сдвига фаз за 1 период, которые получают мгновенный сдвиг фаз;

2)  измерители сдвига фаз за несколько периодов, которые дают среднее значение.

Лекция 13

    Через формирователи импульсов ФИ₁ и ФИ₂  синусоидальное напряжение преобразуется в меандр. На выходе логического элемента U₁ имеются импульсы, длительностью .

Тактовые импульсы из ГТИ проходят сквозь логический элемент U₂ только в момент времени  и фиксируются цифровым счетчиком ЦС. Таким образом, каждый период измеряемого сигнала фиксируется количество импульсов, прошедших через U₂, кратное сдвигу фаз измеряемого сигнала.  ;   (1).

Отсюда получим сдвиг фаз :  . Из (1) видно существенный недостаток фазометров прямого преобразования с измерением за один период. Связь N и  зависит от частоты измеряемого сигнала. Точность измерений зависит от стабильности частоты измеряемых сигналов.

Для измерения фазочастотных характеристик четырехполюсников применяют следующую схему фазометра:

Импульсы из ГТИ частотой f₀ , меняющиеся автоматически или вручную, проходя через делитель частоты DЧ и устройство выделения первой гармоники попадают на исследуемый четырехполюсник. Входное напряжение четырехполюсника U₁ и выходное напряжение из четырехполюсника U₂ подаются на цифровой фазометр, структурная схема которого изображена на рисунке (5а) предыдущей лекции (но не используется собственный ГТИ). В данной схеме (рис. 1) коэффициент деления DЧ равен: . При выборе к=360 число N,  отсчитываемое ЦС, обозначает сдвиг фаз напряжения U₁ и U₂, выражаемый в градусах.

Перейдем к фазометрам, производящим измерение за несколько периодов.

На ЦС подобно схеме (5а) предыдущей лекции поступают импульсы пачками за время , равное сдвигу фаз, причем число импульсов в пачке определяется формулой (1). Пачки поступают на протяжении времени , которое задается делителем частоты DЧ. Время  определяется выражением: , где  –  коэффициент деления DЧ, T₀  – период следования импульсов ГТИ. Если >>Т₀, тогда количество пачек, пришедших на ЦС, определяется выражением: . При m>>1 неполными пачками на границах интервала  можно пренебречь, следовательно, количество  импульсов, пришедших на ЦС:

                              (2).

Как видно из формулы (2), результат измерения сдвига фаз за много периодов не зависит от частоты ГТИ и частоты измеряемого сигнала.

Лекция 14

Во всех рассмотренных фазометрах имеется инструментальная погрешность преобразования угла  в время , связанная с несовершенством входных формирователей импульсов. Эта погрешность зависит от частоты сигнала и  от разницы амплитуд входных сигналов. Иногда применяется стабилизация амплитуд с помощью усилителей с автоматической регулировкой уровня выходного сигнала. Как и всем цифровым устройствам, фазометрам присуща погрешность дискретизации. Особенностью фазометров с измерением за несколько периодов является то, что погрешность дискретизации имеет две составляющие: одна связана с количеством импульсов в пачке N, а вторая m – связана с количеством пачек в интервале . С изменением частоты входных сигналов эти погрешности изменяются в противоположных направлениях. При росте частоты возрастает m, а N падает;  при падении частоты возрастает N, а m падает. Поэтому N лимитирует верхнюю частоту измерения, а m – нижнюю частоту измерения. Иногда эти погрешности называют высокочастотной и низкочастотной погрешностями. Следует отметить, что высокочастотная погрешность (связанная с числом импульсов в пачке N) присуща фазометрам, измеряющим  мгновенный сдвиг фаз. Для расширения диапазона в сторону ВЧ применяют различные делители частоты, не меняющие сдвиг фаз.

Формирователи импульсов фазометров.

В фазометрах имеется характерный блок- формирователь импульсов, выделяющий границы интервалов, в котором измеряемый сигнал переходит через ноль. Поскольку неточность определения перехода через ноль синусоиды увеличивает погрешность измерения сдвига фаз.

На рис. (1а) изображена структурная схема формирователя импульсов, на рис. (1в) – структурная схема триггерного узла ТгУ, на рис. (1б) – временные диаграммы формирователя импульсов.