Цифровые вольтметры с двойным интегрированием. Принцип работы, преимущества

Цикл измерения при этом методе состоит из двух интервалов времени Т1 и Т2, задаваемых соответственно длительностью импульса Т1 и паузой Т2 между импульсами. В начальный момент схема управления вырабатывает прямоугольный импульс Т1 с крутыми фронтом и срезом. В момент появления фронта электронный ключ К1 замыкается в положение 1 и на вход интегратора подается измеряемое постоянное напряжение. Начинается процесс интегрирования «вверх», при котором выходное напряжение интегратора растет по линейному закону. Крутизна этого напряжения (угол наклона α прямой 1 на рис. 44 б) пропорциональна значению измеряемого напряжения Uизм.

Продолжительность процесса интегрирования «вверх» равна длительности Т1 управляющего импульса. По окончании импульса Т1 триггер T перебрасывается из состояния 0 в состояние 1, одновременно схема управления переводит ключ К1 из положения 1 в положение 2. В результате вход интегратора подключается к источнику образцового напряжения, полярность которого противоположна полярности измеряемого напряжения. Начинается процесс интегрирования «вниз», при котором выходное напряжение интегратора линейно убывает. Крутизна этого напряжения (угол наклона β прямой 2 на рис. 44 б) прямо пропорциональна значению Uобр. В момент равенства 0 этого напряжения схема сравнения откликается выходным импульсом, который размыкает ключ К2 и возвращает триггер в исходное состояние. За время открытого триггера на его выходе формируется прямоугольный импульс длительностью ∆t. В результате через временной селектор с генератора счетных импульсов поступает определенное количество импульсов на счетное устройство. Число этих импульсов ограничивается длительностью импульса триггера, то есть интервалом ∆t, который прямо пропорционален измеряемому напряжению:

∆t = Uизм*T1/Uобр

Процесс преобразования интервала ∆t в пропорциональное ему число импульсов достигается следующим образом. Электронный счетчик отпирается и запирается с помощью временного селектора (см. рис. 41, рис. 43). Счетные импульсы, непрерывно поступающие на первый вход селектора, могут проходить в счетчик только тогда, когда на втором входе селектора действует положительный импульс триггера. Следовательно, поступление счетных импульсов в счетчик зависит от состояния триггера, так что фиксируемое цифровым счетчиком определенное количество m-импульсов однозначно соответствует интервалу ∆t, который определяется в этом случае формулой:

∆t = m*Tсч = m/fсч

Для получения прямого показания в секундах или ее долях значение частоты выбирают:

Fсч = 10^k где k= 1,2,3… тогда интервал ∆t=m*10^k

Рассмотренный метод времяимпульсного преобразования с двойным интегрированием позволяет осуществить эффективную защиту от помех, измерять напряжения обеих полярностей, получать большое входное сопротивление прибора (не менее 10 МОМ), достаточно малую погрешность измерений (младшего разряда счета). Существуют вольтметры трехтактного интегрирования, для которых характерно более высокое быстродействие.

13. Измерение мощности постоянного и переменного тока. Приборы и методы измерения

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 - 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц).

Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 -2,5). Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Схема включения ваттметра:

При измерении мощности потребляемой нагрузкой, возможно две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи.