Аналоговые вольтметры

Вольтметры предназначены для измерения напряжений постоянного, переменного и импульсного токов в большом диапазоне напряжений и частот.

Аналоговые вольтметры делятся на электромеханические и электронные.

Электромеханические вольтметры преобразуют электромагнитную энергию, полученную из измеряемой цепи, в механическую энергию, которая служит для перемещения подвижной части.

Нужно измерить электрическую величину Ux . Измерительная цепь преобразует Ux в промежуточную величину Y (ток, напряжение) , а величина Y уже воздействует на измерительный механизм. Измерительный механизм преобразует электромагнитную энергию в механическую, которая нужна для отклонения его подвижной части на угол .

Отсчетное устройство состоит из указателя, который связан с подвижной частью измерительного механизма, и шкалы. Шкалы бывают прямолинейные, дуговые, круговые. По расположению отметок шкалы бывают равномерные и неравномерные, также различаются шкалы и по расположению относительно нуля.

Значение измеряемой величины = произведению числа делений отсчитанных по шкале на цену деления прибора.

Аналоговые электронные вольтметры включают в себя электронные преобразователи измеряемой величины в постоянное напряжение или ток и магнитоэлектрический прибор.

Характерны высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, высокое входное сопротивление.

Вольтметры постоянного тока:

ДН - резистивный делитель напряжения. Он уменьшает измеряемое напряжение до такого, которое необходимого усилителю постоянного тока. С выхода УПТ напряжение попадает на измерительный механизм ИМ и преобразуется в изменение угла α указателя.

Для измерения низких напряжений используются микровольтметры и милливольтметры, содержащие усилители с МДМ-преобразованием.

Схемы модулятора и демодулятора:

Эпюры напряжений:

Постоянное входное напряжение модулятор преобразует в переменное импульсное. Модулятор состоит из ключей SA1 и SA2, управление производится от генератора Г. Коммутация ключей в противофазе. Если сопротивление ключа=0 когда он замкнут и = бесконечности когда разомкнут, то на выходе модулятора будет последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой входного сигнала (при условии что переключение мгновенное). Эти импульсы усиливаются усилителем.

Работа демодулятора аналогична.

Фильтр Ф усредняет импульсы. На выходе получаем усиленное постоянное напряжение с полярностью, соответствующей входному сигналу.

Применение усилителей МДМ значительно уменьшает погрешности от нестабильности напряжения смещения (дрейфа нуля). Эти погрешности значимы при измерении малых напряжений.

Вольтметры переменного тока:

Особенности 1й схемы: широкий частотный диапазон, низкая чувствительность. Вторая схема – наоборот более узкий частотный диапазон, но более высокая чувствительность.

Универсальные аналоговые вольтметры: для цепей постоянного и переменного тока

Входное устройство: для преобразования ux к напряжению, которое необходимо для дальнейшего преобразования. Это может быть резистивный, конденсаторный, резистивно-конденсаторный делитель напряжения, а также преобразователь.

Резистивно-конденсаторный делитель работает как резистивный при низких и как конденсаторный при высоких частотах.

Часто делители напряжения делаются многопредельными, с постоянным входным или выходным сопротивлениями.

Преобразователи преобразуют переменное в постоянное напряжение, причем делают его пропорциональным амплитудному, среднему или действующему значению.

Преобразователь амплитудного значения ПАЗ :

Если подать на вход синусоидальное напряжение при малой постоянной времени заряда, то на конденсаторе напряжение почти повторяет исходное и достигает Umax. Затем uвх падает, диод закрывается, конденсатор разряжается через резистор R. Когда uвх опять достигает напряжения на конденсаторе, диод открывается, конденсатор подзаряжается снова до Umax.

Получается, что среднее значение напряжения на конденсаторе Uco близко к Umax. Их отношение – коэффициент преобразования ПАЗ. Величину сопротивления нельзя брать бесконечно большой, т.к. есть шунтирование следующим каскадом, а также увеличения инерционности ПАЗ при изменении Umax.

Преобразователи среднего значения ПСЗ

Показания микроамперметра пропорциональны Uср . Для повышения чувствительности ПСЗ эта мостовая схема включается как нагрузка усилителя переменного тока с отрицательной обратной связью по току.

Преобразователи действующего значения ПДЗ

термопреобразователь ТП, операционный усилитель ОУ. Е – ЭДС.

Такие ПДЗ эффективны при измерении напряжений с большим количеством гармонических составляющих. Но быстродействие из-за инерционности термопреобразователей низкое.

 

 


АЦП и ЦАП

Цифроаналоговые преобразователи предназначены для преобразования цифровых сигналов в квантованную аналоговую величину.

У ЦАП есть n входов (где n – количество разрядов входного кода) и один аналоговый выход. Входной код бывает разным - двоичным, двоично-десятичным…

ЦАП работает следующим образом: если входной код максимален, то Uвых = max = E0 (где E0 – напряжение источника питания). А если входной код минимален, то Uвых = 0. Чем больше входной код, тем больше выходное напряжение.

ЦАП состоит из источника питания E0 , резисторов R1 … Rn и управляемых разрядами входного кода ключей SA.

Схема, эквивалентная принципиальной:

gAB – общая проводимость резисторов, подключенных ключами SA к шине В; gAC – общая проводимость резисторов, подключенных ключами к шине C.

Напряжение источника питания E0 в итоге делится в зависимости от gAB :

,

ki – коэффициент, зависящий от того, подключен ли резистор к шине В или нет. k= 0 или 1

 

Аналого-цифровые преобразователи преобразуют входное аналоговое напряжение в цифровой код. У АЦП есть один аналоговый вход, n выходов (где n – число разрядов выходного кода), управление Старт(вход) и Стоп(выход).

Чем больше входное напряжение тем больше выходной код. (в пределах от 0 до Е)

Существуют различные АЦП.

Развертывающий АЦП

Сначала ожидание прихода импульса Старт, затем обнуляется счетчик импульсов Сч и взводится триггер Т. Единица с выхода триггера Т замыкает ключ Кл, импульсы с генератора Г начинают поступать на счетный вход счетчика. Увеличивается напряжение U­цап (так как код на выходе счетчика возрастает). Когда U­цап сравняется с U­вх , схема сравнения СС сформирует сигнал, после которого произойдет запись текущий кода с выхода счетчика в регистр памяти РП . Это и будет выходной код. Также произойдет сброс триггера. Ключ Кл размыкается, преобразование окончено.

Время преобразования зависит от уровня входного сигнала. Максимальное время преобразования tnp max =T0 (2n – 1) (где Т0 – период импульсов генератора; n – разрядность АЦП).

Недостаток – мало быстродействие – каждое преобразование начинается с нуля.

 

Следящий АЦП

Схема сравнения СС управляет пропуском тактовых импульсов с генератора Г на суммирующий или вычитающий входы счетчика РС (при помощи ключей Кл1 и Кл2). Критерий управления – текущее соотношение Uцап и Uвх. Если Uцап больше Uвх то пропускаются импульсов на суммирующий вход РС. Иначе импульсы поступают на вычитающий вход РС. Когда указанные величины сравниваются, размыкаются оба ключа.

Такой АЦП уменьшает время преобразования по сравнению с развертывающим АЦП, т.к. не начинает всегда с нуля, а «следит» за входным сигналом.

 

АЦП поразрядного уравновешивания

Преобразования начинается после импульса Старт. Запускается генератор импульсов Г. Он тактирует перемещение единицы по сдвиговому регистру СР от старшего разряда к младшему.

Эта единица из регистра через логический ключ Кл записывается в выходной регистр памяти РП, если при этом Uвх > Uцап . Если же входное наоборот меньше, то в данный разряд записывается логический 0. Управление записью 0 и 1 реализуется схемой сравнения СС. Так оказывается сформирован цифровой код на выходе АЦП.

Этот АЦП имееет высокое быстродействие. Для него максимальное время преобразования = T0 n.

 

Чем выше разрядность АЦП тем выше его точность, т.к. погрешность АЦП в основном зависит от погрешности дискретизации. Но следует учитывать, что при этом снижается быстродействие. Реально следует выбирать n = 10 .. 12, что соответствует времени преобразования единицы и десятки мкс.

 









Дата добавления: 2017-09-19; просмотров: 1278;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.016 сек.