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

                            (1)

Таким образом, n оказывается пропорциональным U_X. При условии f₀/c=10^m, где m — любое целое число, мож­но, выбрав m, получить на ЦОУ значение U_Х 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 U_Х, 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 U_Хср, позволяют по­лучить результат без учета действия помех. Действительно, показания ЦИВ определяются следующим выражением:

,               (2)

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

Если Δt_и = 2πm/ω = Tm (m = l, 2, 3 и т. д.), то U_Хcp = U_Х. 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 U_Х. Интервал Δt₁ является первым тактом ин­тегрирования. При положительной полярности U_Х 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 U_Х. 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