Метод с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал (время-импульсный методы)

На рисунке 2.1 приведена типичная структурная схема, поясняющая построение вольтметров по время-импульсному методу

ВУ – входное устройство; ВД – входной делитель; ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения; УС1, УС2 – устройства сравнения; ГОЧ – генератор опорной частоты; ДП – датчик полярности; ИП – индикатор п[С.Е.В.1] олярности; ГПИ – генератор периода измерений; СТ – счетчик; DC – дешифратор; И – индикатор

Рисунок 2.1 – Типичная структурная схема, поясняющая построение вольтметров по время-импульсному методу

На рисунке 2.2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу схемы.

Рисунок 2.2 – Временные диаграммы [С.Е.В.2] время-импульсного вольтметра

Начало измерения инициируется нажатием кнопки «пуск». ГПИ вырабатывает импульс 7, который передним фронтом сбрасывает счетчик в нулевое состояние, а также начинает формировать сигнал 1 равный 0. Этот сигнал заставляет ГЛИН вырабатывать линейно уменьшающееся напряжение 2. Время, а, следовательно, и значение U_min определяется длительностью отрицательного импульса 1. Устройства сравнения вырабатывают на своих выходах единицу в случае, если напряжение 2 меньше, чем напряжение на другом входе сравнения, поэтому сигнал 3 равен 1, когда сигнал 2 меньше 0, а сигнал 4 равен 1, когда входное напряжение, прошедшее через ВУ, либо ВУ и ВД, больше, чем напряжение 2. Сигнал 5 формируется из сигналов 3 и 4 с помощью элемента исключающее «ИЛИ» и этот сигнал разрешает прохождение импульса ГОЧ на счетчик. Ввиду того, что сигнал 5 имеет 2 части с логической единицей на элемент И, на 3-ий вход подается инвертированный сигнал 1. Таким образом, счетчик насчитывает число импульсов

где - частота ГОЧ;

- коэффициент преобразования входного напряжения;

- крутизна линейно изменяющегося напряжения.

Насчитанные показания с помощью дешифратора подаются на индикатор. Интересной особенностью прибора является то, что алгоритм его работы практически не изменяется при измерении отрицательного напряжения. Знак входного напряжения легко определить путем сравнения времени срабатывания УС1 и УС2. Если УС1 срабатывает первым, то напряжение положительно, иначе – отрицательно. В принципе, чтобы на индикаторе сразу отображалось напряжение между счетчиком и дешифратором можно поставить специальный блок преобразователя кодов, но проще подобрать f₀ и K₁, чтобы, например, когда напряжение 1 В соответствует 1000 импульсов, тогда измерение ведется с точностью до 1 мВ.

Достоинство данного метода – простота реализации.

Недостатки:

- погрешность из-за нелинейности и нестабильности ГЛИН;

- нестабильность порогов срабатывания УС1 и УС2 (меняется время T_X и количество импульсов N_X).

Все это приводит к тому, что прибор, построенный по данному принципу, имеет погрешность от 0,1 % до 0,05 %.