ключить, что затруднительно осуществить при несинусоидальной форме входного сигнала.

Для уменьшения искажений, вносимых масштабирующим блоком, усилитель обычно охватывают цепью глубокой ООС и осуществляют выбор предела измерения по амплитудному значению измеряемого сигнала, т. е. ограничивают амплитуду сигнала на входе усилителя.

ГЛАВА 4

ВОЛЬТМЕТРЫ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ С МИКРОЭВМ

4.1. Функции микроэвм в вольтметрах

Появление в 1970 г. микропроцессоров и микроЭВМ на их основе оказало большое влияние на развитие измерительной техники. В 1975 г. появился первый прибор с встроенной микроЭВМ, позволяющий измерять СЗ переменного напряжения - мульти-метр Systron Donner 7115. С тех пор ряд ведущих зарубежных приборостроительных фирм выпустили большое количество моделей мультиметров с встроенными микроЭВМ, которые в числе прочих возможностей позволяют измерять СЗН.

Следует отметить одну общую особенность этих приборов: это, как правило, дорогие {стоимостью 2000-5000 дол. [79]), прецизионные, многофункциональные устройства, имеющие широкие возможности, - словом, «престижные» модели фирм, демонстрирующие их технический уровень. Разработка таких приборов требует достаточно больших усилий. Так, по материалам фирмы Datron Electronics, разработка мультиметра 1071 заняла 15 человеко-лет. Работа над прибором велась очень интенсивно: началась в 1976 г., а в ноябре 1978 г. первые экземпляры прибора поступили в продажу.

Наличие микроЭВМ позволяет существенно улучшить метрологические и эксплуатационные характеристики средств измерений, в том числе вольтметров СЗ. Повышается их точность, надежность и ремонтопригодность, возрастают удобство работы с ними и их функциональные возможности. Калибровка в вольтметрах проводится или автоматически через определенные интервалы времени или по команде, поступающей с панели управления прибора или через интерфейс. Во многих приборах калибровку проводят по образцовому переменному напряжению, поступающему от внешней меры, причем значение образцового напряжения может отличаться от номинального - имеется возможность ввести эти данные с панели управления прибора. В некоторых вольтметрах элементы, определяющие точность, размещаются в одном сменном блоке (например, Systron Donner 7115). В этом случае при поверке прибора достаточно в метрологиче-96

ю лабораторию отправить лишь сменный блок, заменив его е откалиброванным.

Встроенная микроЭВМ позволяет проводить обработку результатов измерений: умножать и делить на константу, задаваемую с панели управления, аддитивно смещать результат измерения, вычислять процентное отклонение от константы, находить максимальный или минимальный результат измерения за определенный интервал времени, запоминать моменты выхода результатов из заданной зоны, находить среднее значение серии результатов измерения или их среднеквадратическое отклонение» отношение двух результатов измерений, индицировать результат в децибелах относительно заданного уровня и т. д. Некоторые вольтметры с микроЭВМ позволяют определять амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) четырехполюсников. С их помощью удобно определять рабочий диапазон частот четырехполюсника: определяется коэффициент передачи устройства в области средних частот, затем изменяется частота, а вольтметр определяет, когда спад или подъем АЧХ достигнет 3 дБ, 1 % или какой-то другой величины (например Racal Dana 6000). Некоторые вольтметры рассчитывают и индицируют предел допускаемой погрешности для полученного результата измерения, учитывая частоту измеряемого сигнала (Datron 1061, 1071). МикроЭВМ позволяет рассчитать и проиндицировать коэффициенты амплитуды, формы, гармоник или нелинейных искажений измеряемого сигнала (обычно эти возможности заложены в приборах инфранизкочастотного диапазона, рассчитывающих СЗ п& измеренному набору мгновенных значений входного напряжения,, например, в вольтметре, описанном в [80]). В некоторых микропроцессорных вольтметрах есть аналоговый выход, на котором формируется напряжение, пропорциональное трем последним десятичным разрядам результата измерения - это дает возможность аналоговыми средствами с большой разрешающей способностью наблюдать тенденцию и скорость изменения измеряемого . напряжения.

f Наконец, микроЭВМ позволяет оснастить вольтметры диалоговыми возможностями, т. е. на индикаторе высвечиваются «подсказки» по возможным манипуляциям с органами управления прибором. С помощью микроэвм удается повысить надежность-и ремонтопригодность вольтметра путем проведения диагностики работоспособности узлов прибора. Если произошел отказ в ра-

боте какого-то узла или метрологические характеристики вышли за нормируемые пределы, то это выявляется при проведении тестов, на индикатор выводится соответствующая информация, причем в ряде случаев может указываться не просто вышедший иа строя узел, а компонент узла или даже отдельная микросхема. Это позволяет резко ускорить поиск неисправностей.

В вольтметрах СЗ переменного напряжения с микроЭВМ. Можно выделить следующие узлы: масштабный преобразователь,, линейный преобразователь СЗ переменного напряжения в по-

стоянное, аналого-цифровой преобразователь постоянного напряжения, микроэвм и цифровое отсчетное устройство. В некоторых приборах используют квадратичный ПСЗ, в других -ПСЗ как отдельный узел отсутствует, а СЗ переменного напряжения рассчитывают по мгновенным значениям, измеренным с помощью АЦП. В последующих двух параграфах рассматриваются особенности построения масштабных преобразователей в вольтметрах переменного напряжения с микроЭВМ и особенности построения схем, осуществляющих аналоговое или цифровое вычисление СЗ в таких вольтметрах. Аналого-цифровые преобразователи постоянного напряжения и микроЭВМ в настоящей главе на рассматриваются.

4J. Особенности измерения среднеквадратического значения напряжений в приборах с микроЭВМ

При построении вольтметров СЗН с микроЭВМ можно выбрать один из двух путей: либо применять обычный ПСЗН и с помощью микроэвм добиваться повышения его метрологических и эксплуатационных характеристик, либо специально строить вольтметр СЗН, более полно учитывающий возможности микроЭВМ.

Первый путь использован при построении большинства зарубежных мультиметров, измеряющих СЗН в широком диапазоне частот. Это объясняется тем, что выпускаемые в настоящее время за рубежом интегральные схемы ПСЗН имеют достаточно высокие метрологические характеристики, доступны, дешевы и надежны.

Второй путь использован при построении приборов, ориентированных на измерение как ийфранизкочастотных, так и широкополосных сигналов. При этом возникает вопрос, какая из схем (см. табл. 1.1) должна лежать в основе вольтметра. Безусловно наиболее простой является схема 1. Особенности использования этой схемы в цифровых вольтметрах СЗН уже рассматривались (см. § 1.5). Поэтому еще раз отметим лишь, что для измерения СЗН инфранизкочастотных сигналов целесообразно измеряемое переменное напряжение (его мгновенные значения) преобразовывать в код, а операции возведения в квадрат, усреднения и извлечения квадратного корня проводить в цифровой форме (точное выполнение этих операций гораздо проще реализовать в цифровой форме, чем в аналоговой). Для измерения СЗН в широком диапазоне частот целесообразно возведение в квадрат и усреднение выполнять в аналоговой форме, а извлечение квадратного корня - в цифровой.

В настоящем параграфе рассматриваются примеры вольтметров СЗН с микроэвм, использующие все перечисленные способы измерения. Преобразователь СЗН, описанный в [12, 81], относится к схеме 1 (табл. 1.1). В нем роль квадратора и ФНЧ играет термопреобразователь (ТП) (рис. 4.1). 98