Измерения постоянных напряжений и токов, страница 3

Кроме пассивных преобразователей тока в напряжение (схема изображена на рис.7), применяются активные преобразователи на основе операционных усилителей. Их схема сложнее, но они обладают лучшими метрологическими характеристиками. Далее это напряжение измеряется цифровым вольтметром постоянного тока. Отдельно цифровые амперметры постоянного тока не выпускаются, т. к. целесообразно сделать в таком приборе еще один вход для измеряемого постоянного напряжения и получится универсальный прибор для измерения постоянных токов и напряжений. Эта целесообразность подтверждается тем, что на практике постоянные напряжения измеряют гораздо чаще, чем постоянные токи. Промышленностью выпускается большое количество универсальных приборов (мультиметров, ампервольтметров), которые позволяют измерять группу физических величин из следующего перечня: постоянные токи и напряжения, переменные токи и напряжения, сопротивление постоянному току и некоторые другие. Но практически во всех универсальных приборах есть режимы измерения постоянных токов и напряжений. Выпускаемые промышленностью цифровые приборы позволяют измерять токи в диапаз#[1]  N61099;–8с. Специализированные цифровые приборы позволяют измерять токи в диапазоне 10 –17…10 6 А.

5. ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Существует большое количество разнообразных типов цифровых вольтметров, имеющих различные технические характеристики, построенных на различных принципах преобразования измеряемого напряжения в цифровой код, который индицируется на цифровом отсчетном устройстве и (или) направляется в виде двоичного кода в ЭВМ. Цифровые вольтметры позволяют измерять постоянные напряжения в широком диапазоне от единиц нановольт до тысячи вольт, а с внешним делителем и более высокие напряжения. Относительная погрешность измерения колеблется от 0,5% до 0,001%. Быстродействие, характеризующееся временем измерения или временем преобразования напряжения в код, лежит в пределах 1с…10 –9с. Как видно из приведенных данных, по всем этим параметрам цифровые вольтметры намного превосходят электромеханические приборы. По габаритам цифровые вольтметры в основном соизмеримы с электромеханическими вольтметрами. Но в некоторых случаях они могут иметь большие габариты, например, если прибор имеет очень высокий класс точности, а в некоторых случаях могут иметь значительно меньшие размеры. Например, имеются цифровые вольтметры, выполненные в виде щупа, на верхнем конце которого расположено небольшое цифровое отсчетное устройство. При выборе цифрового вольтметра для проведения измерений, наряду с перечисленными характеристиками, необходимо еще учитывать, какое значение постоянного напряжения измеряет вольтметр. Основываясь на этой, очень важной характеристике, все цифровые вольтметры постоянного тока можно разбить на две группы: 1) вольтметры, измеряющие мгновенные значения напряжения; 2) вольтметры, измеряющие усредненное за определенный период входное напряжение. Эти вольтметры называются интегрирующими. Обобщенная структурная схема многопредельного цифрового вольтметра постоянного тока изображена на рис.8.

Рис.8 Обобщенная структурная схема цифрового вольтметра постоянного тока

Делитель напряжения служит для расширения диапазона измеряемых значений в сторону больших значений напряжения (до 1000 В). Усилитель позволяет расширять диапазон в сторону малых значений напряжений (до долей микровольта). Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) является основным блоком любого цифрового вольтметра. Он определяет основные метрологические характеристики вольтметра. В настоящее время большинство АЦП выпускаются в интегральном исполнении. АЦП, как с делителем напряжения и усилителем, так и без них, часто используется в качестве периферийного устройства ЭВМ. Рассмотрим первый тип вольтметров (АЦП).

5.1. Цифровые вольтметры время-импульсного преобразования

Эти вольтметры относятся к группе приборов, измеряющих мгновенные значения напряжения. Существует целый ряд различных типов вольтметров, измеряющих мгновенные значения напряжения, но мы рассмотрим вольтметр время-импульсного преобразования, как один из самых простых. Структурная схема и временные диаграммы его работы изображены на рис.9.

Рис.9 Структурная схема (а) вольтметра время-импульсного преобразования и временные диаграммы (б) его работы