6.1. Цифрові вольтметри постійного та змінного струму

Цифрові вольтметри (ЦВ) постійного струму становлять найпоширенішу групу ЦВП. Вони дозволяють вимірювати напруги від 1 мкВ до 1000 В з похибкою 0,01-0,1% при вхідному опорі 109-107 Ом. Аналогово-цифрові перетворювачі в ЦВ будуються на основі різних методів перетворення, однак найчастіше застосовують методи врівноваженого перетворення і методи інтегрування. АЦП врівноваженого перетворення мають високу швидкодію, високу точність перетворення й низьку перешкодостійкість. АЦП двотактного

інтегрування при порівняно невисокій швидкодії мають високу точність і високу завадостійкість.


Структурна схема ЦВ урівноваженого перетворення показана на рис. 6.2.

Вимірювана напруга Ux безпосередньо (перемикачі SA1 і SA2 в позиції 1) або через поділювач напруги (ПН) (перемикачі SA1 і SA2 в позиції 2), за допомогою якого вибирається потрібний діапазон вимірювань, а потім через фільтр (Ф) або безпосередньо, подається на перемикач SA3. Фільтр призначений для відділення сигналу від завад промислової частоти 50 Гц і має два виходи із погашенням завади в 40 і 60 дБ відповідно. Фільтр, усуваючи завади, одночасно збільшує інерційність ЦВ, і тим інтенсивніше, чим глибше погашення завади. Тому якщо необхідності у фільтрі немає, його виключають за допомогою переведення SA3 в позицію 1.

Поділювач напруги має вхідний опір 10 МОм, цим значенням визначається вхідний опір вольтметра при вимірюванні напруги понад 3 В. Якщо Ux<3, то поділювач напруги вимикається і Ux подається через SA3 і SA4 безпосередньо на вхід порівнюючого пристрою (ПП), що має більше значення вхідного опору (109-1010 Ом). На другий вхід ПП подається напруга, що компенсує UK, що знімається з виходу регульованого поділювача напруги (РПН). Максимальний діапазон U=0-3 В, це пояснюється вимогою Ux<3. Регульований поділювач напруги являє собою коло резисторів, які перемикаються транзисторним перемикачем, при цьому коефіцієнт передачі поділювача Кд прямо пропорційний коду N, що подається на перемикач РПН

де а - коефіцієнт пропорційності.

Напруга на вхід РПН ±U0 надходить від джерела опорної напруги (ДОН). Очевидно, що UK = Uд ■ U0. Пристрій керування (ПК) автоматично встановлює

тобто залежність між кодом і вимірюваною напругою прямо пропорційна. Потім код N подається на цифровий відліковий пристрій ЦВП, де у вигляді цифр відображається значення вимірюваної напруги. Перемикач SA4 має положення 2 і 3 для корекції адитивної і мультиплікативної складової похибки ЦВ.

Цифрові вольтметри мають низький поріг реагування (зазвичай 10 або 1 мкВ), тому важливо, щоб результат вимірювань мало залежав від похибки наведень у вхідному колі ЦВ, рівень яких часто вищий за рівень реагування вольтметра. У ЦВП розрізняють завади нормального вигляду й завади загального вигляду. Завади нормального вигляду виникають за рахунок дії зовнішніх змінних електромагнітних полів. Для зниження цих завад площу провідного контуру прагнуть зробити мінімальною і підключати джерело живлення до ЦВ коаксіальним кабелем або двома звитими провідниками. Завади загального вигляду виникають через розходження потенціалів точок заземлення джерела і ЦВП. Завада може містити постійну і змінну складові. Захист від завад загального вигляду здійснюється шляхом ретельно продуманого і добре виконаного монтажу ЦВП, а також екрануванням вхідного кола ЦВ. Внутрішній екран ретельно ізолюють від корпуса ЦВ. Внутрішній екран спеціальним третім провідником підключається до заземленої точки джерела сигналу.

Боротьба із завадами нормального вигляду промислової частоти 50 Гц в ЦВ врівноваженого перетворення ведеться за допомогою фільтрів у вхідному колі. Як фільтри використовуються подвійні Т-образні мости.

Ступінь погашення завади Кп прийнято характеризувати відношенням значення завади до її погашення еп до значення завади після її погашення і виражати це значення в децибелах

Кп = 20 - lg%. (6.3)

Переваги ЦВ

Висока точність вимірювань.

Широкі межі вимірювань.

Значна швидкодія.

Можливість обробки результату вимірювань за допомогою комп'ютера. До недоліків ЦВ можна віднести складність схеми і конструкції. Сучасна промисловість випускає ряд типів ЦВ: щитові постійного струму

(OMM 37D) з діапазоном вимірювань від 200мВ до 200В, точністю 0,1%; щитові


змінного струму (ОМ 47АС); універсальні ЦВ (В7-77 (рис. 6.3)) з діапазоном вимірювань 10мкВ-1000В, похибкою вимірювань ±0,05% для постійного струму, з діапазоном вимірювань 1мВ-750В, похибкою вимірювань ±0,05% для змінного струму.

електронно-променевим:

висока точність вимірювань;

яскравий добре сфокусований екран на будь-якій швидкості розгортки;

можливість відображення сигналу до моменту запуску;

можливість зупинки оновлення екрана на довільний час;

можливість детектування імпульсних завад;

автоматичні засоби вимірювань параметрів сигналів;

можливість підключення принтера для створення звітів вимірювань;

можливість статистичної обробки сигналу;

засоби самодіагностики й самокалібрування;

різко обкреслені контури зображення сигналу;

можливість детального дослідження перехідних процесів;

зчитування попередньо записаних даних;

широкі аналітичні можливості й спрощена архівація;

можливість порівняння попередньо записаних даних з поточними.

Цифрові осцилографи випускаються або у вигляді самостійних приладів, або у вигляді приставки до персонального комп'ютера (ПК). Пристрої на основі ПК відносяться до нового напрямку у вимірювальній техніці - віртуальні прилади. Тепер фахівцеві достатньо підключити до комп'ютера додатковий пристрій - модуль цифрового осцилографа для того, щоб почати вимірювання і аналіз фізичної величини. При цьому програмна частина віртуального приладу емулює передню керуючу панель стаціонарного вимірювального пристрою. Комп'ютерною мишкою та клавіатурою здійснюється керування приладом за допомогою спеціальних програм, обробка інформації, що надійшла, а також її зберігання на накопичувачі (жорсткому диску).

Тими ж можливостями володіють осцилографи з рідкокристалічним дисплеєм (РКД). Всі можливості, пов'язані з автоматизацією вимірювань, вбудовані в цифровий осцилограф.

У наш час на ринку вимірювальної техніки присутня безліч виробників цифрових запам'ятовуваючих осцилографів (ЦЗО). Найбільш відомі виробники: «АКТАКОМ», <<Tektronix>>, « Hitachi-Denshi», «Agilent Technologies^, «LeCroy», «GaGe Applied Technologies», Good Will instrument Co. Ltd, фірма «Chauvin Arnoux», корпорація «Fluke».


На рис. 6.4 зображений зовнішній вигляд двоканального цифрового осцилографа ATTEN ADS1022C.

Характеристики осцилографа: смуга пропускання 25 МГц; частота дискретизації 500 Мбит/с; довжина внутрішньої пам'яті до 4 К. 32 вбудовані автоматичні функції вимірювань, включаючи такі як вимірювання тимчасових

62

затримок між сигналами, фази між двома сигналами й інші вимірювання між фронтами сигналу, дають користувачеві розширені можливості зрозуміти та проаналізувати форми вхідних сигналів. Додаткові можливості - функція контролю допуску, цифрові фільтри, що програмуються користувачем, сегментована розгортка - спрощують і скорочують час налагодження різних радіотехнічних пристроїв. Є вбудований USB-хост для підключення зовнішніх запам'ятовуваючих пристроїв.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я