2 Расчет основных параметров цифрового вольтметра
Длительность импульса на выходе триггера (интервал времени между импульсами сравнивающих устройств ) пропорциональна входному напряжению Uх:
Ux=кtх ,
где к=dUглин/dt - скорость изменения (крутизна) линейно-изменяющегося напряжения.
Временной интервал tх заполняется счетными импульсами, поэтому
tх=Nхt , (1)
где Nx - количество счетных импульсов поступивших на счетчик за время tx, от генератора счетных импульсов; t - период счетных импульсов, t=(Fo)-1, Fo –частота генератора счетных импульсов.
Измеряемое напряжение с учетом формулы (1) принимает вид
Ux=ktNx =kUx Fo .
Величины k и Fo подбираются таким образом, чтобы чтобы показания счетчика Nx дало непосредственный отсчет результата в вольтах. В связи с этим принимается:
k Fo =10-b (2)
где b – целое число.
Напряжение Ux согласно формуле (2) определится Ux =Nx×10-b , т.е. прибор непосредственно показывает значение измеряемого напряжения, при этом величина b определяет положение запятой в числе Nx .
Погрешность вольтметра определяется погрешностью преобразования напряжения Ux во временной интервал tx и погрешностью преобразования временного интервала tx в количество импульсов Nx, поступивших на счетчик. Первая из них зависит от коэффициента нелинейности ГЛИНа, стабильности величины k при продолжительной работе вольтметра и от погрешности схем сравнения. Относительная погрешность преобразования временного интервала tx в Nx может быть представлена в виде:
dN = ± dкв ± 1/Nмакс , (3)
где dкв – относительная частотная погрешность кварцевого генератора; 1/Nмакс –погрешность дискретности.
Как известно, приведенная относительная погрешность представляет собой отношение абсолютной погрешности к пределу измерения прибора. В нашем случае предел измерений вольтметра определяется размахом напряжения ГЛИНа Uглин макс и соответствующем ему максимальным числом Nмакс , которое при этом записывается в счетчик.
Величина dN в основном определяется погрешностью дискретности, так как погрешность кварцевого генератора (нестабильность частоты) легко может быть доведена до значения порядка 10-5.
Погрешность дискретности органически присуща дискретным представлениям непрерывных величин и возникает в связи с тем, что счетчик реагирует не на временные интервалы, а на импульсы.
Из других причин, вызывающих погрешность измерений, можно назвать конечную крутизну фронтов сигнала на выходе триггера и неточность работы временного селектора.
Из требования снижения погрешности измерения вытекают соответствующие требования к параметрам узлов структурной схемы цифрового вольтметра.
Суммарная относительная погрешность цифровых вольтметров время-импульсного преобразования, выпускаемых промышленностью, составляет величину порядка 0.1% ±N -1макс при быстродействии порядка сотен циклов измерений в секунду.
Частота генератора счетных импульсов
Fo ³ Nмакс/tизм , (4)
где tизм - время измерения одного цикла.
Частота управляющих импульсов:
Fy ³ 1/(tизм) (5)
Время индикации результатов измерения обычно составляет 0.1-5 с. Основной недостаток вольтметра время-импульсного преобразования – невозможность подавления напряжения помех. Для устранения этого необходимо на входе прибора включить фильтр, что приводит к существенному увеличению времени измерения.
Произведем расчет основных параметров цифрового вольтметра для данного курсового проекта.
По формуле (3) найдем Nмакс для следующих данных:
Точность измерения: dN = 0.004; dкв = 0.001 , тогда
Nмакс=U/∆U, где ∆U=Ud/100
Значит Nмакс=100/d=250
Для повышения точности измерения возьмем Nмакс= 1000.
По формуле (4) найдем частоту генератора счетных импульсов, для tизм=0.1с.
Fo ³1000 / 0.1= 10 кГц
По формуле (5) найдем частоту управляющих импульсов:
Fy ³ 1/(0.1) = 10 Гц
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
