Основні теоретичні положення. Цифровий вимірювальний прилад автоматично перетворює неперервну вимірювальну

Цифровий вимірювальний прилад автоматично перетворює неперервну
вимірювальну величину в дискретну й представляє покази на цифровому
індикаторі. Він має два обов'язкових функціональних вузли: аналогово-
цифровий перетворювач (АЦП) і цифровий індикатор. АЦП будується за
деякими загальними принципами. В мультиметрах, тобто універсальних
приладах, що виміряють напругу, струм та опір, завжди використовують
АЦП, основані на двохтактному інтегруванні із заданою тривалістю такту,
(рис. 5.1).

Рис. 5.1 – Структурна схема АЦП двохтактного інтегрування із заданою тривалістю такту

При надходженні на вхід пристрою управління ПУІ, запускаючого
імпульсу напруги U₂ (рис. 5.2), замикається ключ К2 (рис. 5.1). Вимірювана
напруга U₄ подається на вхід інтегратора І. Одночасно відкривається ключ К3 і
імпульси з частотою f₀ від генератора імпульсів П поступають на вхід
подільника частоти ПЧ. Через час T₀ = t₂ – t₁ на виході подільника частоти
з'являється сигнал, керуючий пристроєм ПУІ. Останній розмикає ключ К2,
закінчуючи тим самим перший такт t₀ інтегрування вимірювальної напруги U_x. Одночасно пристроєм ПУ2 замикається ключ Kl, який підключає на вхід інтегратора І опорну напругу U₀, протилежної полярності напрузі U_x. Виконується другий такт інтегрування на ділянці T_x (рис. 5.2). В момент часу t₃, коли напруга на виході інтегратора U_i=0, спрацьовує пристрій порівняння ПП, повертаючи пристрій управління ПУ2 в початковий стан. Ключ розмикається й інтегрування закінчується. Вихідний сигнал ПУ2 на час T_x (рис. 5.2) замикає ключ К4 і імпульси генератора П з частотою f₀ поступають на лічильник ЛІЧ і далі на індикатор IH. Кількість імпульсів при цьому:

пропорційна вимірювання напрузі U_x.

Для вимірювання змінної напруги використовують перетворювачі на основі одно- і двонапівперіодних випрямлячів.

Перетворювачі для вимірювання постійного і змінного струмів виконуються у вигляді шунтів, спад напруги на яких пропорційний величинам, що виміряються.

При вимірюванні опору визначають цифровим вольтметром спад напруги на вимірюваному опорі. В цифровому мультиметрі може бути використана інтегральна мікросхема КР572ПВ2, (рис. 5.3) аналогова частина якої містить повторювач напруги A1, інтегратор А2 з елементами поза мікросхемою R1, C1, С2, компаратор A3 здійснюючий порівняння напруги, що вимірюється U_x з опорною U₀, вузол формування загального потенціалу на операційному посилювачі А4, систему аналогових ключів S1...S6, комутуючих напруги U_x, U₀ і S01...S05, здійснюючих такт автокорекції похибки. Резистор R2 і конденсатор С4 визначають частоту тактового генератора. Елементи R3, С5 – являють собою фільтр нижніх частот, який згладжує пульсації вхідної напруги U_x. Конденсатор СЗ фіксує опорні напруги U₀.

На першому такті інтегрування тривалістю T₀=1000 тактових імпульсів
замикаються ключі S1, S2 (рис. 5.3) і інтегрується вимірювана напруга U_x. В
залежності від знака U_x в другому такті інтегрування замикаються ключі S3, S4
або S5, S6, і також S04. Таким чином в другому такті інтегрується опорна
напруга U₀ знака, протилежного U_x. Тривалість другого такту визначається
часом, за який напруга на виході інтегратора А2 знижується до нуля.
Спрацюванням компаратора A3 закінчується подача тактових імпульсів в
цифрову частину мікросхеми і на цифровий індикатор. Число цих імпульсів
пропорційне вхідній напрузі U_x:

N=N₁(U_x/U₀),

де N₁ – число тактових імпульсів першого такту інтегрування.

Рис. 5.3 – Схема аналогової частини мікросхеми КР572ПВ2

Тактові імпульси виробляються діленням частоти тактового генератора
мікросхеми на чотири f_T= f₀ /4. Загальна тривалість циклу перетворювання АЦП
складає f_T=4000 періодів тактових імпульсів. Частота тактового генератора
дорівнює f₀=40...200 кГц. Якщо цикл продовжується 0,4 с, то перший такт
інтегрування складає T₀=0,1 c, другий T_x=0...0,2 с і автокорекція 0,3...0,1 c.
Потрібно встановлювати таку частоту генератора f₀, при якій тривалість першого такту кратна періоду напруги кола (Тс = 20 мс). При цьому АЦП
нечутливий до перешкод мережі.

Дата добавления: 2015-10-02