Xпр – предел измерений на шкале прибора
Из этой формулы видно, что абсолютная погрешность не зависит от измеренной величины, а зависит от предела измерений вольтметра и самого прибора.
Класс точности позволяет рассчитать абсолютную погрешность с помощью предела измерений и не рассчитывать погрешность для каждого измерения.
10. Выбор вольтметра для измерения напряжения переменного тока различной формы кривой
Выбор осуществляется в зависимости от формы кривой сигнала, диапазона частот, предела измерений и точности измерений. Предпочтительно выбирают вольтметры со среднеквадратическим преобразователем, а со средневыпрямленным – только для гармонических.
С амплитудным преобразователем независимо от формы кривой.
В частности, для синусоидальной (гармонической) формы переменного напряжения: Ка = 1,41; Кф = 1,11. Q= τимп / T; Um= Um’ + U0; Um= Uλ*(Q /Q – 1)
При выборе вольтметра для измерения импульсного напряжения в зависимости от поставленной задачи выбирают вольтметры с закрытым или открытым входом. При открытом входе прибор покажет амплитудное значение.
11. Цифровые вольтметры постоянного тока время-импульсного преобразования. Принцип работы, преимущества и недостатки
В основе принципа действия вольтметра времяимпульсного (временного) типа лежит преобразование с помощью АЦП измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени, который заполняется счетными импульсами, следующими с известной стабильной частотой следования. В результате такого преобразования дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых пропорционально уровню измеряемого напряжения.
Погрешность измерений времяимпульсных вольтметров определяется рядом факторов: погрешностью дискретизации измеряемого сигнала; нестабильностью частоты счетных импульсов; порогом чувствительности схемы сравнения и нелинейностью пилообразного напряжения.
Существует несколько схемотехнических решений, используемых при создании времяимпульсных вольтметров. Рассмотрим две такие схемы.
Времяимпульсный вольтметр с генератором линейно изменяющегося напряжения. Структурная схема времяимпульсного цифрового вольтметра и временные диаграммы, поясняющие ее работу, представлены на рис. 5.14. Данный тип вольтметра включает АЦП с промежуточным преобразованием измеряемого напряжения в пропорциональный интервал времени. В состав АЦП входят: генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН); два устройства сравнения I и II; триггер Т; логическая схема И; генератор счетных импульсов; счетчик импульсов и цифровое отсчетное устройство.
Дискретный сигнал измерительной информации на выходе преобразователя имеет вид пачки счетных импульсов, число которых N пропорционально величине входного напряжения U'x (т.е. Щ. Линейно изменяющееся во времени напряжение £/глин с ГЛИН поступает на входы 1 обоих устройств сравнения. Другой вход устройства сравнения / соединен с корпусом.
В момент, когда на входе устройства сравнения / напряжение ишт = 0, на его выходе возникает импульс С/усЬ условно фиксирующий нулевой уровень входного сигнала. Этот импульс, подаваемый на единичный вход триггера Т, вызывает появление положительного напряжения на его выходе.
Возвращается триггер в исходное состояние импульсом С/ п, поступающим с выхода устройства сравнения //. Импульс £/усП возникает в момент равенства измеряемого U'x и линейно изменяющегося напряжения £/„„„. Сформированный в результате на выходе триггера импульс UT длительностью
(здесь S — коэффициент преобразования) подается на вход схемы И, на второй вход которой поступает сигнал С/Гои с генератора счетных импульсов, следующих с частотой/, = УТ0.
На выходе схемы И сигнал Um появляется только при наличии импульсов £/т и"С/геи на обоих ее входах, т.е. счетные импульсы проходят через схему И тогда, когда присутствует сигнал на выходе триггера.
Количество прошедших через схему И счетных импульсов
подсчитывается счетчиком и отображается на индикаторе цифрового отсчетного устройства прибора.
Из двух последних соотношений получаем формулу для определения измеряемого напряжения:
В вольтметре значение fJS выбирают равным 10™, где т = 1, 2, 3,... (число т определяет положение запятой в цифровом отсчете) поэтому прибор непосредственно показывает значение измеряемого напряжения.
Рассмотренный цикл работы вольтметра периодически повторяется. Возврат ГЛИН в исходное состояние и подготовка схемы к очередному измерению осуществляется автоматически. По такому же принципу строятся цифровые вольтметры переменного тока. В них напряжение переменного тока предварительно выпрямляется и подается на устройство сравнения //.
Формула (5.13) не учитывает погрешности дискретности из-за несовпадения момента появления счетных импульсов с началом и концом интервала At. Однако еще большую погрешность вносит фактор нелинейности коэффициента преобразования S. Недостатком метода времяимпульсного преобразования является также его невысокая помехоустойчивость. Шумовая помеха, наложенная на измеряемое напряжение Ux, изменяет его и, следовательно, изменяет момент появления импульса £/ус11, определяющего длительность At времени счета. Поэтому вольтметры, построенные по данной схеме, являются наименее точными в ряду цифровых.