7. Метод дискретного счета с мостами переменного тока

В методе используется апериодический процесс, возникающий при подключении заряженного конденсатора или катушки индуктивности с протекающим в ней током к образцовому резистору. В первом случае при измерении сопротивления разряд образцового конденсатора проходит через измеряемый резистор. Структурная схема измерителя емкости, реализующая метод дискретного счета, показана на рис.33.

Рис.33. Структурная схема измерителя емкости с мостом переменного тока, реализующая метод дискретного счета

Перед измерением емкости ключ Кл устанавливается в положении 1 и конденсатор Сх заряжается через ограничительный резистор Rд до значения стабилизированного источника напряжения Е.

В момент начала измерения t1 (рис.34.а) управляющее устройство импульсом управления переключает триггер из состояния 0 в состояние 1, очищает предыдущие показания счетчика импульсов и переводит ключ Кл в положение 2. Конденсатор Сд начинает разряжаться через образцовый резистор Rобр по экспоненциальному закону (рис.34, б), который аналитически описывается выражением

В момент времени t1 единичный импульс Uт с выхода триггера открывает схему совпадения и счетчик начинает счет тактовых импульсов генератора, следующих с некоторой частотой ?.

Напряжение Uс подается на один из входов устройства сравнения, ко второму входу которого подводиться напряжение с резистора R2 состоящего из резисторов R1 и R2. Это напряжение определяется выражением:

UR = ER2/ (R, + R2). (45)

Сопротивления R1 и R2 выбирают так, чтобы при разряде конденсатора уменьшающееся напряжение

напряжению при разряде UR. В момент t2, когда сравниваются эти напряжения, на выходе устройства сравнения возникает импульс Uус, переключающий триггер в исходное состояние, при котором задним фронтом его импульса UT закрывается схема совпадения, и счетчик прекращает счет тактовых импульсов (рис.34, б...д).

Рис. 34.Временные диаграммы к схеме рис.33: а- импульсы управления; б- процесс разряда конденсатора; в- сигнал на выходе УС; г- сигнал триггера; д- импульсы на входе счетчика.

Поскольку при t - t2 напряжения Uc= UR и ф = t2- tu то

(46)

 (47)

Итак, напряжение UR, снимаемое с делителя R1, R2, должно иметь определенное значение, что достигается подбором сопротивлений его резисторов.

При поступлении на счетчик N импульсов

N=fф, (48)

где?-- частота следования счетных импульсов.

Так как ф = RобрCx, то при фиксированных значениях частоты ?и сопротивления Ro6p

(49)

где коэффициент К1 =?Ro6p.

Согласно (49), величина измеряемой емкости прямо пропорциональна числу импульсов N, поступивших на счетчик.

Наличие образцового конденсатора Со6р позволяет аналогичным образом измерить сопротивление резистора:

Rx= N/(?Co5p) = N/K2, (50)

где коэффициент К2 = ?Собр.

Метод дискретного счета, использующий мосты переменного тока, широко применяется при создании цифровых измерителей емкостей и сопротивлений. К достоинствам метода следует отнести, прежде всего, достаточно высокую точность измерений.

Погрешность измерений цифровым методом составляет 0,1...0,2% и зависит в основном от нестабильности сопротивлений резисторов RобР, R1, R2 или конденсатора Собр, нестабильности частоты генератора счетных импульсов, а также неточности срабатывания устройства сравнения.

8. Цифровые автоматические приборы с микропроцессором. Цифровые мультиметры

Цифровые автоматические приборы с микропроцессором

При создании цифровых автоматических приборов для измерения сопротивления, индуктивности и емкости широко используются методы, связанные с преобразованием измеряемого параметра в напряжение или ток, частоту или интервал времени, а также методы на основе мостовых и компенсационных схем.

Наибольшее распространение получили цифровые автоматические приборы с микропроцессором, выполненные по схемам с использованием уравновешенных мостов. Уравновешивание осуществляется автоматическим регулированием двух органов моста (для каждого из измеряемых параметров). Упрощенная структурная схема цифрового автоматического измерителя комплексного сопротивления с микропроцессором приведена на рис. 35.

Рис.35. Упрощенная схема цифрового автоматического измерителя комплексного сопротивления с микропроцессором

В основе данного измерения параметров цепей цифровым прибором лежит мостовой метод с фазочувствительными детекторами уравновешивания. Питание мостовой схемы осуществляется от генератора переменного напряжения (на рисунке для упрощения не показан).

Микропроцессор со встроенным тактовым генератором определенной частоты выполняет все функции управления измерительным процессом. Напряжение разбаланса моста Up через усилитель сигнала разбаланса поступает на входы фазовых детекторов активной АС и реактивной PC составляющих. Опорные напряжения фазовых детекторов UопАС и UonPc снимаются с мостовой схемы. Напряжение разбаланса с фазовых детекторов подается на реверсивные счетчики, управляющие состоянием органов уравновешивания мостовой схемы, и на микропроцессор, задающий сигналами UAC и UPC скорость счета соответствующих реверсивных счетчиков.

Направление счета реверсивных счетчиков определяется знаком напряжения разбаланса фазовых детекторов, скорость счета -- значением этого напряжения. Изменение состояния счетчика, вызванное приходом на мост каждого тактового импульса Uv тактового генератора, приводит к изменению значения регулирующего параметра на одну единицу младшего разряда. Опорные напряжения фазовых детекторов выбираются такими, что сигналы, вырабатываемые ими, определяются отклонением органа управления от состояния равновесия: сигнал одного детектора отклонением по активной составляющей АС, сигнал другого -- по реактивной составляющей PC. Управление мостом осуществляется сигналом Uт микропроцессора.

По мере приближения к состоянию баланса моста напряжение разбаланса уменьшается, вследствие чего замедляется скорость его уравновешивания. При достижении состояния равновесия мостовой схемы дискретное уравновешивание прекращается, и результаты измерения поступают на цифровые отсчетные устройства (ЦОУ).

Микропроцессор осуществляет самокалибровку прибора перед началом измерений, а также учитывает влияние внешних условий на точность измерений.

Цифровые мультиметры.

Включение в структурную схему цифрового вольтметра микропроцессора и дополнительных преобразователей позволяет превратить его в универсальный измерительный прибор -- мультиметр. Цифровые мультиметры измеряют постоянное и переменное напряжение, силу тока, сопротивления резисторов, частоту электрических колебаний и т.д. При совместном использовании с осциллографом мультиметры позволяют измерять временные интервалы (период, длительность импульсов и т.д.). Наличие в схеме вольтметра микропроцессора позволяет осуществлять автоматическую коррекцию погрешностей, автокалибровку и диагностику отказов.

Рис.36. Современный цифровой вольтметр с микропроцессором

На рис.36 в качестве примера показан современный цифровой вольтметр с микропроцессором. Основными устройствами вольтметра являются микропроцессор, АЦП, блоки нормализации сигналов и управления.

Блок нормализации сигналов с помощью соответствующих преобразователей приводит входные измеряемые параметры (напряжения переменного и постоянного тока, сопротивления постоянному току и пр.) к унифицированному сигналу (и=), который подается на вход АЦП. Последний действует обычно по методу двойного интегрирования. Блок управления обеспечивает выбор режима работы для заданного вида измерений, управление АЦП, дисплеем. Кроме того, он создает нужную конфигурацию системы измерения.

Основой блока управления является микропроцессор, который связан с другими узлами через сдвигающие регистры. Управление микропроцессором осуществляется с помощью клавиатуры, расположенной на панели управления или через стандартный интерфейс (блок сопряжения; стык) подключаемого канала связи. Программа работы микропроцессора хранится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и обеспечивается с помощью оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).

Для измерений используются встроенные высокостабильные и прецизионные резистивные делители опорного напряжения, дифференциальный усилитель (ДУ) и ряд внешних элементов (аттенюатор и устройство выбора режима, блок опорного напряжения иоп). Все импульсные и цифровые устройства синхронизируются сигналами генератора тактовых импульсов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11