Универсальные цифровые вольтметры
Измерительным элементом универсального цифрового вольтметра является аналого - цифровой преобразователь постоянного напряжения в цифровой код. Цифровой вольтметр (базовое устройство) дополняют диодным выпрямителем, набором резисторов-шунтов, комбинированным источником постоянного тока и т.д. Эти устройства преобразуют переменное напряжение, ток, сопротивление в постоянное напряжение, которое и измеряется вольтметром.
Цифровые универсальные вольтметры позволяют практически измерять те же электрические величины, что и стрелочные тестеры, но имеют ряд преимуществ:
-более широкие пределы измерения(например,1 мкВ-1000 В вместо 0,3-300 В для тестера);
-большая точность(например, класс точности 0,1% вместо 1-5% для тестера);
-более удобный способ отображения результата, что сокращает время считывания результата и исключает возможность субъективных ошибок;
-большое входное сопротивление при измерении напряжения, что уменьшает погрешность согласования.
На рис. 15 приведена структурная схема цифрового вольтметра (мультиметра).
Мультиметр имеет следующие составные части:
Д-детектор
ПР-переключатель режимов.
ПП-переключатель пределов измерения,
АЦП- аналого-цифровой преобразователь,
ЦОУ-цифроотсчётное устройство,
БП- блок питания,
Rо –эталонное сопротивление.
Рис. 15
Мультиметр имеет следующие режимы работы:
-измереие переменного и постоянного напряжения,
-измерение переменного и постоянного тока,
-Измерение сопротивления.
Примечание. Некоторые мультиметры имеют также режимы измерения индуктивности, ёмкости и температуры.
Детектор Д служит для преобразования переменного напряжения в постоянное. Он может быть выполнен на однополупериодном выпрямителе, как это показано на схеме, либо на двухполупериодном выпрямителе. Для подключения детектора к входной цепи переключатель П должен быть выключен. При включении переключателя П детектор отключается от цепи. При измерении постоянных напряжений, токов и сопротивлений переключатель в составе детектора должен быть включен, а при измерении переменного напряжения или тока– выключен.
Режим работы мультиметра устанавливается переключателем ПР. При измерении напряжения переключатель Пр находится в первом положении, при этом напряжение через детектор непосредственно поступает на переключатель пределов.
При измерении тока переключатель ПР находится во втором положении, при этом измеряемый ток протекает через эталонное сопротивление, создавая на нем падение напряжения, пропорциональное измеряемому току. Данное напряжение подается через переключатель пределов на АЦП и измеряется.
Если значение эталонного сопротивления выбрать кратным степени десяти, то показание прибора будет соответствовать измеряемому току. Таким образом, внутри прибора реализуется косвенный метод измерения тока.
При измерении сопротивления переключатель ПР устанавливается в третье положение, при этом с блока питания на измеряемое сопротивление подаётся эталонный ток Io. Эталонный ток, протекая через измеряемое сопротивление, создаёт на нем падение напряжения, которое через переключатель пределов подаётся на АЦП и измеряется. Падение напряжения будет пропорционально измеряемому сопротивлению. Если Io выбрать равным степени десяти, то показание прибора будет соответствовать значению сопротивления.. В данном режиме также внутри прибора реализуется косвенный метод измерения сопротивления.
Переключатель пределов ПП состоит из многопозиционного переключателя и делителя напряжения, выполненного на сопротивлениях R2, R3, R4, R5. Переключатель пределов ПП делит входное напряжение на 1 (положение 1), на 10 (положение2), на 100 (положение 3) и на 1000 (положение 4). При больших входных напряжениях выбирается большее значение коэффициента делении, при малых напряжениях – малое значение коэффициента деления. При переключении ПП автоматически на цифровом табло происходит перемещение запятой, благодаря этому показание прибора будет соответствовать реальному значению измеряемого параметра. Входное сопротивление переключателя пределов, как правило, не менее 10 МOм., что обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметру в режиме измерения напряжения.
Преобразователь напряжения АЦП является наиболее сложным по схеме и принципу действия узлом цифрового вольтметра. Он преобразует постоянное напряжение в двоично-десятичный код и является основным измерительным узлом прибора..
ЦОУ служит для визуального отображения кода, поступающего от АЦП. ЦОУ содержит комбинированные символьно-цифровые индикаторы, отображающие:
- символы, обозначающие знак ("+", "-" ),единицу измерения ( V,Ω,A,mV,MΩ,μA и т.п.) и пр.;
- цифры десятичного числа;
- положение запятой, т.е. порядок числа.
Обычно применяют индикаторы, имеющие четыре, пять или шесть десятичных цифр ( в зависимости от класса точности).
В качестве индикаторов используют газоразрядные индикаторы, сегментные люминесцентные, сегментные светодиодные, жидкокристаллические индикаторы и индикаторные панели.