Цифровой вольтметр с ГЛИН

В основе работы времяимпульсного вольтметра лежит преобразование измеряемого напряжения в пропорциональном интервале времени, длительность которого измеряется путем заполнения этого интервала импульсами со стабильной частотой следования (счетными импульсами).

Упрощенная структурная схема времяимпульсного цифрового вольтметра постоянного тока приведена на рис. 4.19. Наряду с блоками СУ, ГЛИН в схему входят блок управления (БУ), блок формирования БФ, временной селектор ВС и генератор счетных импульсов (ГСИ).

Рис. 4.19. Структурная схема времяимпульсного цифрового вольтметра

На БФ с БУ поступает импульс U_{t 1}, который открывает временной селектор. Временной селектор пропускает на выход счетные импульсы, следующие с частотой f ₀. Одновременно запускается ГЛИН. Линейно-изменяющееся напряжение U _Л подается на устройство сравнения, которое в момент, когда U_X становится равным U _Л, вырабатывает импульс U_{t 2}. Импульс U_{t 2} закрывает временной селектор, что прекращает прохождение счетных импульсов.

Временные диаграммы приведены на рис. 4.20.

Рис. 4.20. Временные диаграммы времяимпульсного вольтметра

Число импульсов N_x, заполняющих временной интервал Т_x с точностью до одного импульса, описывается формулой

,

где Т_x = U_x / K, K – известный коэффициент, зависящий от скорости нарастания линейно-изменяющегося напряжения. Таким образом,

,

откуда

.

В вольтметре отношение К / f ₀ выбирается равным 10^{- m}, где m = 1, 2, 3, …, поэтому прибор непосредственно показывает значение измеряемого напряжения (число m определяет положение запятой в цифровом отсчете). Указанный цикл работы вольтметра периодически повторяется. Возврат генератора линейно изменяющегося напряжения в исходное состояние и подготовка схемы к очередному измерению осуществляется импульсами от БУ после истечения времени t ₂.

Основным недостатком метода времяимпульсного преобразования является его невысокая помехоустойчивость. Шумовая помеха, наложенная на измеряемое напряжение U_x, изменяет его и, следовательно, изменяет момент появления импульса U_{t 2}, определяющего длительность времени счета. Тем не менее времяимпульсное преобразование постоянных напряжений с генератором линейно-изменяющегося напряжения позволяет создавать сравнительно простые и достаточно точные вольтметры.

Погрешности метода определяются нелинейностью и нестабильностью линейно-изменяющегося напряжения и погрешностью, обусловленной нестабильностью порога срабатывания сравнивающего устройства. Основной недостаток метода – невозможность подавления напряжения помех. Для устранения этого недостатка на входе прибора включают фильтр, что приводит к существенному увеличению времени измерения. Цифровые вольтметры с ГЛИН имеют погрешность, не превышающую 0,1…0,05 %.