Измерения постоянных напряжений и токов, страница 4

Схема работает следующим образом. При включении питания вольтметра сразу начинает работать генератор импульсов ГИ, но на ключ SW с блока управления БУ поступает запрещающий сигнал и импульсы от генератора ГИ к счетчику импульсов СИ не поступают. Также блок управления запрещает работу генератора пилообразного напряжения ГПН. При нажатии оператором кнопки "Пуск", блок управления сбрасывает счетчик импульсов СИ в нулевое состояние, открывает ключ SW – импульсы от генератора импульсов ГИ проходят на счетчик СИ и одновременно с этим запускается генератор пилообразного напряжения ГПН. Все это отображено на временных диаграммах на рисунке 9,б в момент времени t1. Это будет продолжаться до тех пор, пока пилообразное напряжение не станет равным измеряемому . Эти два напряжения подаются на входы устройства сравнения УС и в момент их равенства, на выходе устройства сравнения появится импульс, который поступит на блок управления БУ. Восприняв этот сигнал, блок управления закроет ключ SW и вернет генератор пилообразного напряжения в исходное состояние – его на выходе напряжение будет равно нулю. После этого блок управления вырабатывает команду, разрешающую индикацию числа N, записанного в счетчике СИ, на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ. Число N будет пропорционально интервалу времени , в течение которого нарастало пилообразное напряжение (рис.9,б), а интервал времени, в свою очередь, будет пропорционален значению измеряемого напряжения. Из временных диаграмм четко видно, что с увеличением значения будет расти время, в течение которого пилообразное напряжение достигнет .Таким образом

, где k – коэффициент пропорциональный углу наклона пилообразного напряжения. Количество импульсов, которое поступит на счетчик, будет пропорционально времени , в течение которого открыт ключ SW, и частоте , с которой работает генератор импульсов ГИ.

.

Частота должна быть стабильной и иметь строго определенное значение для данного прибора, поэтому, можно записать

.

Из этого выражения видно, что число N, индицируемое на ЦОУ, пропорционально (равно) измеряемому напряжению . Анализируя временные диаграммы (рис.9,б), мы видим, что значение определяется в момент равенства и линейно возрастающего напряжения , т. е. в момент времени . Следовательно, вольтметры время-импульсного типа измеряют мгновенные значения напряжения. Если в измеряемой цепи наряду с исследуемым сигналом присутствует помеха (а в реальных цепях она присутствует всегда, только иногда она большая, а иногда незначительна), то и на момент встречи и будет влиять также и помеха. Следовательно, при каждом новом измерении неизменного значения , интервал будет разный, и показания вольтметра будут несколько отличаться друг от друга. Поэтому можно сделать вывод о том, что вольтметры мгновенных значений неустойчивы к влиянию помех и не могут обеспечить высокую чувствительность при измерениях. Для повышения помехоустойчивости вольтметров мгновенных значений, на входе прибора включают фильтры нижних частот, однако при применении фильтров снижается быстродействие вольтметра и его точность. Для измерений в условиях помех применяют интегрирующие вольтметры.

5.2. Интегрирующие вольтметры

Наиболее прогрессивным способом защиты от помех при измерениях является применение интегрирующих вольтметров. Идея защиты состоит в том, что интеграл от синусоидальной помехи за время, равное или кратное его периоду, равен нулю:

, если , где k=1,2,3…; . Пусть ко входу устройства (рис.10,а), содержащего идеальный ключ SW, замыкаемый в момент времени и размыкаемый в момент , и идеальный интегратор INT, приложено напряжение .

Рис.10 Защита от помех нормального вида методом интегрирования: а)–схема с ключом SW и интегратором INT б) входной сигнал

Тогда после интервала времени на выходе будет напряжение

, где -постоянная интегрирования. Вначале предположим, что помехи нет:

, где U – напряжение постоянного тока. Тогда

, где - длительность интегрирования рассматриваемого устройства (рис. 10, а). Предположим, что на полезный сигнал наложена помеха

,

где – фазовый сдвиг помехи относительно начала интегрирования, т. е. относительно момента , принимаемого за начало координат; , (рис 10,б). В этом случае