Цифровой вольтметр двухтактного интегрирования

В цифровом вольтметре двухтактного интегрирования (рис.4.35) измеряемое напряжение U_X сначала интегрируется за определенное время t_ин, т.е. преобразуется в пропорциональное напряжение на выходе интегратора и_ин. Затем на втором шаге напряжение U_ИH преобразуется в пропорциональный временной интервал t_x путем возврата интегратора в исходное состояние с постоянной скоростью.

 

Рис.4.35. Диаграмма напряжений (а) и схема (б)

вольтметра двухтактного интегрирования

 

Структурная схема прибора содержит интегратор Ин — устройство, выходное напряжение U_ИH которого пропорционально интегралу по времени от входного напряжения. В исходном состоянии ключи К, К₁, К₂ закрыты (К₁ и К₂ — аналоговые ключи).

Цикл измерения начинается с команды «Пуск» в момент времени t₁, при этом узел управления УУ опрокидывает триггер Тг₁ и тем самым открывает ключ К₁. Напряжение на выходе интегратора Ин начинает возрастать по закону:

(4.50)

Через интервал времени t_ин (в момент t₂), когда напряжение

(4.51)

узел УУ через триггеры Тг₁ и Тг₂, соответственно, закроет К₁ и откроет К₂. При этом на вход Ин вместо U_х подается напряжение U_q. Одновременно в момент t₂ узел УУ через триггер Тг₃ открывает ключ К и на вход пересчетного устройства ПУ начинают поступать импульсы с частотой fо- В момент t₃, когда U_ин= U_оп = 0, сравнивающее устройство СУ закрывает К₂ (через триггер Тг₂) и К (через Тг₃) и прекращает поступление импульсов на ПУ.

Время t_x поступления импульсов на вход ПУ определяется из условия:

(4.52)

или

(4.53)

Отсюда

(4.54)

где U_{x ср} — среднее за время t_ин значение входного напряжения. Таким образом число импульсов, зафиксированных отсчетным устройством ОУ за время t_х,

(4.55)

Интегрирующие вольтметры имеют повышенную устойчивость к помехам переменного тока с частотой, кратной 50 Гц (50, 100 Гц и т.д.)

Составляющие погрешности прибора:

1) погрешность квантования интервала t_x квантующими импульсами;

2) погрешность от наличия порога чувствительности СУ;

3) погрешность от нестабильности Т_о, t_ин и U_o;

4) погрешность от влияния остаточных параметров аналоговых клю­чей К₁ и К₂.

Влияние Т_о и t_ин исключается, если выполнять условия tин = сТ₀, где c = const. Это осуществляется путем формирования временного интервала t_ИH с помощью импульсов генератора ГИСЧ

Вольтметры двухтактного интегрирования имеют погрешность ±0,005%.