Преобразователи переменного напряжения в постоянное. Виды преобразователей. Принцип действия.

Переменное напряжение выражается как функция трех величин , где - амплитуда, ω - круговая частота, φ - начальная фаза или фазовый сдвиг. Каждая из трех величин относится к измеряемым величинам. Преобразователи величин, выражающих в постоянное напряжение принято называть детекторами. Соответственно, детекторы бывают амплитудными, частотными и фазовыми.

Заметим, что приведение абсолютных значений частоты и начальной фазы φ к мерам напряжения постоянного тока не имеет смысла, так как ω и φ непосредственно приводятся к интервалу времени и частоте. Поэтому частотные и фазовые детекторы создаются только для приведения к постоянному току приращений частоты Δω и приращений фазы Δφ.

Под напряжением можно понимать четыре разных численных значения.

1) Амплитудное (пиковое) значение - это наибольшее пиковое значение напряжения за время измерения или период. Если напряжение в течение периода изменяет знак, а функция несимметрична относительно нулевого значения , то различают положительные и отрицательные пиковые значения.

2) Среднее значение за время напряжения (или за период) - это постоянная составляющая функции

. (5.37)

3) Средневыпрямленное значение (СВЗ) - это среднее значение абсолютного значения напряжения

. (5.38)

4) Среднеквадратическое значение (СКЗ) – это корень квадратный из среднего значения квадрата напряжения

. (5.39)

Преобразователи переменного напряжения в постоянное создаются на двух принципах преобразования энергии. Выпрямляющие преобразователи превращают переменное напряжение в пульсирующий (выпрямленный) ток, который сглаживается на нагрузке - фильтре, в постоянное напряжение. В тепловых преобразователях напряжение энергия переменного тока сначала превращается в тепловую энергию, которая увеличивает температуру поглотителя. Затем приращение температуры поглотителя индицируется преобразователем приращения температуры в постоянное напряжение.

Вопрос №3

1. Электронно-счётный частотомер.

Переменное напряжение, частоту которого нужно измерить, преобразуют в последовательность односторонних импульсов с частотой следования, равной . Если сосчитать число импульсов N за известный интервал времени , то частота определяется по формуле:

(6.25)

Если , то N численно равно . Эта идея является основой метода измерения частоты дискретным счетом. Приборы, созданные на основе этого метода, называются электронносчетными частотомерами (ЭСЧ). Результат измерения появляется на табло передней панели прибора в виде светящихся цифр и поэтому такие приборы называются цифровыми частотомерами.

Упрощенная структурная схема ЭСЧ приведенна рис. 6.12а. Основным элементом входного устройства является аттенюатор или делитель напряжения, с помощью которого устанавливается напряжение, необходимое для нормальной работы формирующего устройства ФУ. В этом устройстве из входного переменного напряжения формируются короткие прямоугольные импульсы (рис. 6.12б), форма которых не изменяется при изменении частоты и амплитуды входного напряжения в установленных для данного прибора пределах. Для формирования импульсов применяют триггер Шмитта или специальные схемы на туннельных диодах.

Временной селектор ВС (схема “И”) предназначен для пропускания импульсов на электронный счетчик ЭСЧ в течение известного интервала времени (времени счета), формируемого из частоты генератора с кварцевой стабилизацией при помощи делителя частоты, так что .

Управляющее устройство обеспечивает синхронизацию работы основных блоков, управляет хранением и сбросом показаний цифрового табло.

Случайная погрешность измерения частоты в основном определяется погрешностью дискретности, то есть погрешностью, связанной со случайным расположением пачки из N импульсов в границах интервала , а также кратковременной нестабильностью частоты . По правилам вычисления случайной погрешности косвенных измерений можно написать для абсолютной погрешности измерения частоты:

(6.27)

Абсолютная погрешность дискретности возникает вследствие несинхронности входного напряжения с напряжением кварцевого генератора, отчего начало и конец калиброванного интервала не совпадают с началом периода повторения счетных импульсов частоты (рис. 6.12в)

максимальная относительная погрешность вычисляется как:

(6.28)

В силу того, что обычно мала, то

При измерении низких частот число импульсов N невелико и погрешность дискретности может стать значительной. Для ее уменьшения пришлось бы увеличивать время измерения , что не всегда возможно и целесообразно. Для обеспечения приемлемой погрешности измерения низких частот измеряют период.

Если на счетчик пришло N меток времени при частоте генератора , то измеряемый период или измеренная низкая частота . Относительная погрешность измерения периода определяется формулой:

(6.29)

Из этой формулы следует, что измерять период вместо частоты следует только тогда, когда на счетчик за время счета поступает достаточно большое число меток, то есть когда . Для выполнения этого неравенства частота умножается с помощью умножителя частоты УЧ в раз.

Подведем итоги.

1. Принцип работы ЭСЧ состоит в дискретном счете количества периодов.

2. При измерении частоты измеряется количество периодов измеряемой частоты за интервал времени, сформированный из известного числа N периодов известной длительности .

3. При измерении неизвестного периода определяется количество периодов известной длительности внутри измеряемого неизвестного периода .

4. Мерой является период известной длительности, выдаваемый кварцевым генератором.