Цифровые вольтметры переменного тока
Цифровые вольтметры (ЦВ) переменного тока строят в основном по принципу преобразования переменного напряжения в постоянное, которое затем измеряется вольтметром постоянного тока. Преобразование U~/U- выполняется преобразователями средневыпрямленного, среднеквадратического, амплитудного значений, применяемыми в аналоговых электронных вольтметрах (см. §6.2).
При создании преобразователей переменного тока в постоянный необходимо обеспечить высокую степень линейности характеристики U- = φ(U~) при большом динамическом диапазоне, постоянство характеристик в широком диапазоне частот, малые пульсации преобразованного напряжения, высокую точность и т. д.
В универсальных ЦВ в режиме измерения переменного напряжения используют преобразователи средневыпрямленного значения (см. рис. 7.7) с фильтром и усилителем, охваченным глубокой отрицательной обратной связью. Информация о значениях измеряемой величины выводится на устройство цифрового отсчета в среднеквадратических значениях синусоидального напряжения. Частотный диапазон вольтметров с преобразователем средневыпрямленного значения составляет 20 Гц—20 кГц.
В последнее время появились ЦВ переменного тока с двумя преобразователями: 1) средневыпрямленного значения для измерения переменного напряжения в полосе частот 20 Гц—20 кГц; 2) амплитудного значения для измерения переменного напряжения в полосе частот 20 кГц—100 МГц. Преобразователи амплитудного значения делают прецизионными, высокочастотными и внешними. Напряжение с выхода высокочастотного преобразователя (преобразующего амплитуду гармонического сигнала в напряжение постоянного тока) через УПТ поступает на вход АЦП двухтактного интегрирования. Отсчетное устройство выдает результат измерения напряжения в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала.
Измерение переменного напряжения связано с необходимостью учета формы кривой сигнала и схемы преобразователя. Большое значение имеют методы измерения среднеквадратического значения переменного тока, результаты измерения которых не зависят от формы кривой измеряемого напряжения. В этом отношении интерес представляют цифровые вольтметры среднеквадратического значения с термопреобразователями.
Цифровые вольтметры переменного тока реализуются с трансформацией спектра частот измеряемого напряжения Ux в область более низких частот.
Перспективными являются ЦВ переменного тока с автоматической обработкой результатов измерения ряда мгновенных значений измеряемого напряжения. Эти ЦВ позволяют с большой точностью проводить измерения в сравнительно низком диапазоне частот. Использование микропроцессоров в вольтметрах переменного тока позволяет расширить их возможности.
Погрешность ЦВ переменного тока значительно больше погрешности ЦВ постоянного тока и зависит от частотного диапазона.
ЗАДАЧИ
7.1. Изобразить временные диаграммы, поясняющие принцип работы цифрового вольтметра с время-импульсным преобразованием. Выразить число импульсов N, регистрируемое электронным счетчиком через измеряемое напряжение Ux.
7.2. Погрешность квантования непрерывной физической величины в цифровом приборе определяется ступенью квантования Л*. Считая распределение непрерывной величины в пределах х равномерным, определить среднюю квадратическую погрешность квантования а(х).
Ответ: ±Ах/ /Ti.
7.3. Определить показания цифрового вольтметра переменного тока с преобразователем средневыпрямленного значения, открытым входом, отградуированным в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала, если на вход подан сигнал в форме последовательности прямоугольных импульсов с амплитудой £/тах=Ю В; длительностью ta—l0 мкс и периодом повторения Г=100 мкс. Ответ: 1,11 В.
7.4. Изобразить временные диаграммы интегрирующего вольтметра, показать зависимость между частотой следования импульсов и измеряемым напряжением для двух случаев измеряемого напряжения (U,>U2).
7.5. Почему показания вольтметров с двойным интегрированием менее подвержены влиянию помех, чем показания вольтметров с время-импульсным преобразованием?