Глава седьмая
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ
7.8. ПОНЯТИЯ ОБ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ПРИБОРАХ
7.8.1. Аналоговые электронные вольтметры. В радиоэлектронных цепях к вольтметрам, как и другим измерительным приборам, предъявляются повышенные требования, такие как ничтожно малое потребление мощности, частотный диапазон измеряемого напряжения от единиц герц до сотен мегагерц, и в то же время слабая зависимость показаний от частоты измеряемого напряжения, высокая чувствительность и т. д. Этим требованиям не соответствуют стрелочные вольтметры, которые осуществляют непосредственную оценку (прямой отсчет) измеряемого напряжения. Вышеперечисленным требованиям удовлетворяют аналоговые электронные вольтметры, использующие усилители измеряемых напряжений.
С учетом назначения электронные вольтметры подразделяются на вольтметры: постоянного и переменного тока, импульсного напряжения, универсальные и др. Функциональная схема универсального аналогового электронного вольтметра представлена на рис. 7.23. Данный вольтметр является универсальным, т. е. предназначен для измерений в цепях как постоянного, так и переменного тока.
 |
Рис. 7.23. Функциона- льная схема универсаль- ного аналогового электронного вольтметра |
| Рис. 7.24. Функциона- льная схема электронного цифрового вольтметра с время-импульсным преобразова- нием |
 |
Прибор состоит из двух входных устройств преобразователя, усилителя постоянного тока и магнитоэлектрического измерителя Входное устройство представляет собой высокоомный резистивный делитель напряжения, служащий для изменения пределов измерения вольтметра. Преобразователь (детектор) — устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, — используется при измерении в цепях переменного тока.
С целью повышения чувствительности вольтметра осуществляется усиление постоянного тока, для чего используются усилители, которые обеспечивают постоянство коэффициента усиления. Магнитоэлектрический измеритель — прибор магнитоэлектрической системы. В большинстве случаев шкала электронного вольтметра отградуирована в действующих значениях синусоидального напряжения. К недостаткам электронных приборов относятся значительные погрешности (1—4%) и габаритные размеры, для их работы требуются вспомогательные источники питания.
 |
| Рис 7.25 Временные диаграммы к пояснению принципа действия цифрового вольтметра |
7.8.2. Цифровые измерительные приборы. В настоящее время в технике радиоэлектронных измерений используются цифровые измерительные приборы (ЦИП), которые преобразуют измеряемую величину в дискретные или квантовые значения, осуществляют цифровое кодирование и выдачу результатов измерений в цифровом виде. К преимуществам ЦИП можно отнести: достаточно широкий диапазон измеряемых величин с высокой точностью измерений, возможность представления результатов измерения в цифровом виде, запись их цифропечатающим устройством, а также ввод получаемой информации об измеряемых величинах в ЭВМ.
Ознакомимся с работой ЦИП на примере электронного цифрового вольтметра с время-импульсным преобразованием, при котором измеряемое напряжение Ux вначале преобразуется во временной интервал, а затем в цифровой вид. Функциональная схема данного вольтметра представлена на рис. 7.24. Основными узлами цифрового вольтметра, которые осуществляют связь измеряемого напряжения с временным интервалом, являются: два сравнивающих устройства, генератор линейно нарастающего напряжения ГЛИН и триггер. До подачи на входное устройство измеряемого постоянного напряжения Ux устройство управления обеспечивает сброс прежних показаний счетчика, запускает ГЛИН, а также устанавливает триггер в положение «0». Напряжение Ux подается на входное устройство (делитель напряжения), затем усиливается усилителем постоянного тока и подается на вход 2 сравнивающего устройства II. Вход 2 сравнивающего устройства I заземлен. На входы 1 сравнивающих устройств I и II подается линейно нарастающее напряжение uн (рис. 7.25). При равенстве входных напряжений сравнивающие устройства на своих выходах вырабатывают короткий импульс. Таким образом, первый импульс возникает от сравнивающего устройства I (uн = 0), второй импульс — от сравнивающего устройства II при uн = Ux . При этом первый импульс посредством триггера обеспечивает начало работы ключа и на счетчик поступают импульсы с генератора счетных импульсов с периодом времени TN. При подаче на триггер второго импульса ключ закрывается, а следовательно, прекращается счет импульсов. Таким образом, осуществлено как сравнение измеряемого напряжения Ux с линейно нарастающим напряжением uн, так и преобразование его во временной интервал Тх .
Показания устройства цифрового отсчета определяются следующим образом:
Ux = tgβTNN,
где TN — период импульсов генератора счетных импульсов; N — число импульсов.При выверке нуля прибора необходимо заземлить вход усилителя постоянного тока, а при градуировке его вход подключается к калибратору, т. е. источнику калиброванного напряжения. Если появляется необходимость измерения переменного напряжения, последнее после делителя подается на преобразователь, где преобразуется в постоянное, после чего подается на вход усилителя постоянного тока. Цифровые вольтметры обеспечивают высокую скорость преобразования (до тысячи измерений в секунду), а также малую погрешность измерения (0,01 - 0,001%) в диапазоне измеряемых напряжений от 0,1 мкВ до 1000 В. К недостаткам цифровых вольтметров, как и в целом ЦИП, можно отнести их сложность и высокую стоимость.