B33

Двойно интегриращи волметри.

Основното предимство на тези волтметри е голямата им шумоустойчивост. Шумоустойчивостта е важна характеристика на съвременните уреди, определяща способостта им да работят със запазени метрологични характеристики в условията на електромагнитни смущения. Тази характеристика е особенно съществена при използване на уредите в промишлени словия и при измерване на малки сигнали.

Структурната схема времедиаграмата на двойноинтегриращия волтметър са показани на фиг 1. Основните блокове в нея са БК- блок за комутация; И- Интегратор, СУ сравняващо устройство (компаратор) ; ИОН източник на образцово напрежение; БЛ- блок на логиката; ИГ- импулсен генератор; СС схема на съвпадение; БР- брояч; ЦОУ- цифрово отчитащо устройство.

Блокът на логиката БЛ произвежда пусков импулс в момента t0 и блокът за комутация БК пропуска на входа на аналоговия интегратор И измерваното напрежение Ux. Изходното напрежение Uu на интегратора нараства от нула до стойността

(1)Uu= 1/t_{1 t0}^t1Uxdt= (Ux AV/t₁)t₁

Където t1 е времеконстантата на интегриране през първия такт.

Продължителността на първия такт на интегриране

(2)t1=N1.To

е постоянна и се определя от периода To= 1/fo на импулсния генератор ИГ и от капацитета (максималния брой импулси) Н1 на брояч БР. За повишаване на шумоустойчивостта продължителността на първия такт на интегриране се избира равна или кратна на периода на основните (мрежовите) смущения 20ms.

В момента t1 БЛ превключва БК така, че на входа на интегратора да постъпи образцово напрежение Uo с обратна на Ux полярност. Едновременно с това броячът БР се нулира. Изходното напрежение на интегратора започва да намалява:

(3)Uu(t)=(Ux AV.t1) /t1 (1/t2) _t1^t2U_odt

Където t2 е времеконстанта на интегриране през втория такт. В момента t2 напрежението Uu(t2) достига нулева стойност:

(4) Uu(t2)=(Ux AV.t1) /t1 (Uo.t2)/t2 = 0

Тогава сравняващото устройство СУ генерира сигнал, който затваря схемата на съвпадение СС и прекратява постъпването на импулсите към брояча.

Времето t2 е междинен информативен параметър за Ux и се измерва чрез квантуване.

(5) t2=N2To

Където N2 е броят на импулсите, постъпили в брояча по време на втория такт.

От (2),(4),(5) за средната стойност на измерваното напрежение се получава

(6)UxAV=(t1.Uo.t2)/t2.N1.To= t1.Uo.N2/t2.N1=qN2

Където q=(r1.Uo)/(r2.N1). e големината на един квант.

От описания принцип на действие и от получения израз е ясно , че двойноинтегриращите волтметри се отнасят към групата на времеимпулсните волтметри с междинно преобразуване на измерваното напрежение в интервал от време.

Изразът е идеалната фукция на преобразуване, която не отразява методичната грешка от дискретност и инструменталните грешки от несъвършенството на отделните блокове. Основните източници на инструментални грешки са :паразитните параметри на блока за комутация ; нелинейността и дрейфът на нулата на интегратора; нестабилноста на източника на образцово напрежение; прагът на нечуствиелност и дрейфът на нулата на сравняващото устройство;

В структурната схема от фигура 1а не е показан входния мащабен усилвател, към който всъщност се подава измерваното напрежение Ux. Той не влияе върху същността на АЦПреобразуване, но от него зависи входното съпротивление на волтметъра.

Двойноинтегриращите волтметри имат широко приложение в практиката. Класът им на точност достига 0,01.

2) Гнератори със стабилна честота

Всички цифрови уреди , при които изм, величина се преобразува в период от време, във фазова разлика , в честота или в средна стойност , използват генератори със стабилна честота, както в аналоговите блокове така и в зифровата част.

Всеки генератор се състо от 3 блока fig1 (Основен усилвател, Блок полож Обратна връзка-БПОБ, Блок отриц обратна връзка-БООВ- служи за стабелизиране на амплитудаа на изх. сигнал и за предпазване ба усливаеля от поляризация, т.е от режи, на дълбоко насищане.)

Генераор със стабилни (нормирани )параметри се нарича измервателен генератор. Пример за генератор за тактова честота от цифрова схемотехника. КР Кварцов резонатор.

Fig 2 Една тактова схема без промяна на параметри има диапазон на работа X 10 Hz :XMHz

Деисв. съпротивл. R играят роля на отриц. обр. връзка и предпазват елем да изпаднат в режим на дълбоко насищане. Инструменалната грешка на такв вид генератор е от порядъка на 10^-7 :1. Много по точни са така наречените квантови генераори.При тях тази грешка може да достигне 10^-11 10^-12. Тези квантови генераори. Тези квантови енератори могат да бъдат цезиеви , водородни и други. При тях се използва следното явление фиг3

Най общо генераторите могат да се разделят на (1) Нискочестни 20 Hz -200К Hz ; (2)високочестотни100 КHz-3 GHz (3)свръхчестотни над 3 GHz

Структурна схема на нискочестотен измервателен енератор: fig4

Пример за задаващ генератор, изграден с автогенераторна схема на Вин

Fig5

Коеф на усилване на усилвателя , обхванат от отрицателна обратна връзка.

R1, R2, C1,C2-елна + обратна връзка.

Fig6 Амплитудно честотна и цифрово чесотна характерисика на блока за обр. връзка

(b)има макс, когато в израза за него знаменателят е мин

Ако можем да намерим при резонансна честота

Реулиране на изходната амплитуда

ЕВ-електронен волтметър; Недостатък изх съпротивление на усливателя

Децибелите показват заихването; резипрочна стойност

Функционални генератори в тяното класическо изпълнение произвежда 3 напрежения- правъгълни импулси, трионобразни импулси и синусоидални импулси.ХГ се произвежда в интегрално изпълнение и представлява инегратор и компаратор , обхванати от 1 обща отриц обратна връзка

ЕК- електронен ключ

Хистерезисен цикъл

Ф-Формировател, на базата а електрони матрици , на изхода, на които се произвежда синусоидален режим. Обикновенно при тези ХГ честота на изх сигнали е в пряка връзка от затихващото напрежение.

3) функционални генератори в класическото им изпълнение се произвеждат за три вида напрежения : 1- Правоъгълни импулси; 2- Трионообразни импулси; 3- Синусоидални импулси; ФГ се произвеждат в интегралнмо изпълнение и представляват интегратор и компаратор , обхванът й от една обща отрицателна обратна връзка. Фиг1 I блок електронен ключ наблюдава се хистерезис. Ф формировател на базата на диодни матрици. Обикновенно при тези ФГ , честотата на изходните сигнали е в пряка връзка от захранващото напрейение. Хистерезиес при 1-вия блок.