АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД - Електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм

Найбільш зручними в експлуатації приладами для вимірювання напруги є цифрові вольтметри. Вони можуть вимірювати як постійні, так і змінні напруги. Клас точності - до 0,001, діапазон - від одиниць мікровольт до декількох кіловольт. Сучасні мікропроцесорні цифрові вольтметри оснащені клавіатурою і часто дозволяють проводити вимірювання не тільки напруги, але й струму, опору тощо, тобто є багатофункціональними вимірювальними приладами - тестерами (мультиметрами або авометрами).

Серед вимірювальних приладів цифрові вольтметри займають особливе місце, так як вони дозволяють забезпечити автоматичний вибір межі та полярності вимірюваних напруг; автоматичну корекцію похибок; малі похибки виміру (0,01 - 0,001%) при широкому діапазоні вимірюваних напруг (від 0,1 мкВ до 1000 В), видачу результатів виміру у цифровому вигляді, документальну реєстрацію, ввід вимірювальної інформації в ЕОМ та складні інформаційно-вимірювальні системи. Цифровий вольтметр в порівнянні з аналоговим містить аналогово-цифровий перетворювач (кодуючий пристрій) (АЦП), пристрій цифрового відліку.

Цифрові вольтметри класифікують за способом перетворення безперервної величини у дискретну; структурної схеми АЦП; технічними засобами; способу компенсації.

За способом перетворювання розрізняють цифрові вольтметри з порозрядним кодуванням, з час-імпульсними і частото-імпульсними перетвореннями.

За способом структурної схеми АЦП цифрові вольтметри діляться на вольтметри прямого перетворення і урівноважуючого перетворення.

За технічними засобами цифрові вольтметри діляться на електромеханічні вольтметри та електронні вольтметри.

За способом врівноваги цифрові вольтметри діляться на вольтметри з слідкуючою та розгортаючою врівновагою.

Основні параметри цифрового вольтметра. Точність перетворення визначається похибкою квантування по рівню, що характеризується кількістю розрядів у вихідному коді.

Похибка цифрового вольтметра має дві складові, одна з яких залежить від вимірюваної величини (мультиплікативна), а інша не залежить (адитивна). Таке представлення пов'язано з дискретним принципом вимірювання безперервної величини, так як в процесі квантування виникає абсолютна похибка, обумовлена кінцевою кількістю рівнів квантування. Абсолютна похибка вимірювання напруги:

?U=±(yвідн Ux + m знаків), або ?U=±(yівідн Uкз + m знаків),

Де, yвідн - відносна похибка вимірювання; Ux - значення вимірюваної напруги; Uкз - кінцеве значення на вибраній межі вимірювання; m знаків - значення, визначаєме одиницею молодшого розряду цифрового відлікового пристрою (адитивна похибка дискретності).

Основна припустима відносна похибка представляється і в іншому вигляді: yвідн = ±( a + bUкз /Ux ), де а і b - постійні числа, які характеризують клас точності приладу. Перший член похибки не залежить від показників приладу, а другий збільшується при зменшенні Ux, по гіперболічному закону.

В якості прикладу розглянемо схему цифрового вольтметра з час-імпульсним перетворенням (рис.1.2.1) та цифрового вольтметра з подвійним інтегруванням (ис.1.2.2).

схема цифрового вольтметра з час-імпульсним перетворенням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип компенсації

Рис.1.2.1 Схема цифрового вольтметра з час-імпульсним перетворенням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип компенсації.

схема цифрового вольтметра з подвійним інтегруванням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип його роботи

Рис.1.2.1 Схема цифрового вольтметра з подвійним інтегруванням та часові діаграми напруг, які пояснюють принцип його роботи

В основу роботи цифрового вольтметра постійного струму з час-імпульсним перетворенням положений час-імпульсний метод перетворення постійного струму в прямо пропорційний інтервал часу з подальшим вимірюванням тривалості інтервалу.

Похибки приладу залежать від лінійності та швидкості вимірювань компенсуючої напруги, стабільності генератора, генератора лічильних імпульсів, чутливості пристрою зрівняння, точності установки нуля або опорної напруги.

Принцип його роботи подібен принципу час-мпульсного перетворення, з тією різницею, що тут утворюються два часових інтервала на протязі циклу вимірювання, тривалість якого встановлюється кратній періоду поміхи. Таким чином визначається середнє значення вимірюванної напруги, а поміха подавляється. Ці вольтметри є більш точними і поміхоустойчивими в порівнянні з цифровими вольтметрами з час-імпульсним та частотним перетворенням, однак час виміру у них більший.

Метод час-імпульсного перетворення в сполученні з подвійним інтегруванням дозволяє ефективно послабити вплив поміх, виміряти напругу обох полярностей, отримати вхідний опір, рівний одиницям гігаом, та малу похибку вимірювання без представлення особливих вимог до постійності лінійно - змінюючоїся напруги.

Електронні вимірювальні прилади впевнено завойовують підтримку користувачів. І в майбутньому прогнозується лише підвищення ролі їхньої служби. Все це зумовлено низкою їх безперечних переваг.

Поява широкодоступних і порівняно дешевих мікроконтролерів вивела індустрію створення електронних вимірювальних приладів на новий, якісний рівень. Це дало змогу не лише усунути недоліки, а і наділило цифрові прилади значними перевагами, порівняно з їх аналоговими суперниками. Тепер вимірювання електричних величин стало легким і доступним навіть для школярів. Зникла потреба у складних обрахуваннях похибок аналогових вимірювачів напруги та струму, стали непотрібними магазини додаткових опорів та шунтів

Цифрові вимірювальні системи - це системи майбутнього, і з часом їх роль буде збільшуватися, якість покращуватися, і ціни ставатимуть все доступнішими.

Похожие статьи




АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД - Електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм

Предыдущая | Следующая