S3 Г-1

АЗУ2 -

Рис. 4.5. Схема ПСЗН со стохастической выборкой мгновенных значений преобразуемого напряжения

С целью получения минимального времени вычисления для возведения в квадрат используется записанная в памяти микроЭВМ таблица квадратов чисел.

В статье [42] приводятся следующие цифры, характеризующие метрологические характеристики ПСЗН. Верхняя граница частотного диапазона пребразуемого напряжения составляет 1 МГц. Погрешность преобразования на средних частотах не превыщает 0,1 %. Каждую секунду выдается три результата преобразования.

В цифровом вольтметре с микропроцессорным управлением В7-39 использован преобразователь СЗ переменного напряжения в постоянное, построенный по схеме 2 табл. 1.1. Для возведения в квадрат в нем использованы квадраторы время-импульсного типа. Частота следования импульсов квадратора лежит внутри рабочего диапазона частот измеряемого напряжения. Если частота следования импульсов совпадает с частотой преобразуемого напряжения, или они будут кратны с малым коэффициентом кратности, то на выходе квадратора возникнут биения. Для того чтобы от них избавиться, в ПСЗН предусмотрена схема, изменяющая частоту следования импульсов квадратора при возникновении биений. Вольтметр позволяет измерять напряжение в диапазонах частот 20 Гц-1 МГц на пределах измерения Т и 10 В, 20 Гц-100 кГц на пределах 1, 10, 100 В и 20 Гц-20 кГц на пределах 1, 10, 100, 1000 В. Предел допускаемой основной погрешности не превышает 0,15/0,1, т. е. [0,15-Ь0,1 U/Ux] %, в диапазоне частот 50 Гц - 20 кГц; 0,4/0,2 в диапазоне 20 кГц- 100 кГц, 4/1-до 1 МГц.

Коэффициент амплитуды измеряемого напряжения не должен превышать 5Uk/Ux, где С/к - конечное значение диапазона измерения.

Время измерения не превышает 1,5 с.

Схема блока преобразования СЗ переменного напряжения мультиметра 1071 фирмы Datron Electronics [82] представлена на рис. 4.6. Преобразователь СЗН этого мультиметра реализует способ неявного вычисления [вычисление СЗ производится по 8-6066 105

Микро ЭВМ

Рис. 4.6. Схема блока измерения переменного напряжения Datron Electronics 1071

формуле (1.5)], причем возведение в квадрат и деление осуществляются с помощью логарифмического множительно-делительного устройства, реализующего выполнение формулы (1.20).

Преобразуемое переменное напряжение Ux (рис. 4.6) масштабируется масштабным преобразователем МП, затем поступает на прецизионный широкополосный двухполупериодный активный выпрямитель В, построенный на двух ОУ. Каждый ОУ имеет по два канала: низкочастотный, роль которого выполняет прецизионный интегральный ОУ, и высокочастотный, собранный на дискретных элементах.

Выходной сигнал выпрямителя поступает на множительно-делительное устройство МДУ - микросхему, производимую самой фирмой. Выходное напряжение с МДУ поступает на активный ФНЧ, построенный на интегральном ОУ. С помощью ключей, управляемых от кнопки Фильтр на передней панели прибора, в ФНЧ подключаются дополнительные конденсаторы при измерении напряжений с частотой ниже 45 Гц. Выходное напряжение ФНЧ, пропорциональное СЗ измеряемого напряжения Ux, поступает на АЦП.

Проведение калибровок повышает метрологические характеристики ПСЗН. В блоке преобразования переменного напряжения мультиметра 1071 корректируется погрешность схемы при нулевом и номинальных входных сигналах на частотах 500 Гц и 30 кГц для всех пределов измерения. Процесс калибровки рассматривается в § 4.3.

Мультиметр 1071 индицирует предел допускаемой погрешности прибора при проведении измерений. Погрешность нормируется для двух частотных диапазонов измеряемого напряжения: 40 Гц-5 кГц и 5 кГц-100 кГц. Поэтому в блоке преобразования переменного напряжения имеется схема определения частоты измеряемого сигнала СОЧ (рис. 4.6), которая выдает в микроЭВМ сигнал при превышении частоты входного напряжения значения 5 кГц. В памяти микроЭВМ хранятся коэффициенты, характеризующие погрешность прибора на каждом пределе, в каждом диапазоне частот. При нажатии кнопки Погрешность на передней панели прибора, микроЭВМ, используя табличные данные, рассчитывает предел допускаемой погрешности прибора в соответствии с измеренным СЗ входного напряжения, его частотой и пределом измерения. J06

в мультиметре 1071 предусмотрена процедура контроля работоспособности блока преобразования переменного напряжения. При этом автоматически устанавливается предел 0,1 В и подается образцовое постоянное напряжение на вход масштабного преобразователя. Выходное напряжение ФНЧ, возникающее при этом, поступает на АЦП. Этот сигнал измеряется и сравнивается с уставкой. Если измеренное значение отличается от уставки менее чем на 6%, то процедура контроля продолжается на пределах 1 В, 10 В и т. д. Цифра 6 % объясняется тем, что контролируется работоспособность блока, а не его метрологические характеристики. Для контроля метрологических характеристик потребовался бы ряд встроенных прецизионных источников переменного напряжения, что существенно усложнило бы схему блока.

Основные метрологические характеристики мультиметра 1071 в режиме измерения СЗ переменного напряжения приведены в табл. 4.1. В мультиметрах с микропроцессорным управлением 1061 и 1081 фирмы Datron Electronics блоки преобразования переменного напряжения построены аналогично. В большинстве зарубежных вольтметров с микропроцессорным управлением, характеристики которых приведены в табл. 4.1, ПСЗН также построены по схеме неявного вычисления с МДУ на логарифма-торах. Собственно преобразователь СЗ переменного напряжения в постоянное представляет микросхему, покупную или изготовленную на предприятиях самой фирмы. Во всех этих приборах есть автоматическая калибровка (при номинальном входном сигнале каждого предела ПСЗН калибруется только на одной частоте, в области средних частот), а также диагностика работоспособности блока преобразования СЗ переменного напряжения.

4.3. Масштабные преобразователи

В вольтметрах СЗ масштабные преобразователи (МП) представляют собой обычно или последовательное соединение пассивного делителя напряжения и усилителя, или решающий инвертирующий усилитель.

Пассивный делитель напряжения - высокоомный, обеспечивающий большое входное сопротивление прибора. В вольтметрах, рассчитанных на измерение инфранизкочастотных сигналов, делитель резистивный, в широкополосных вольтметрах делитель резистивно-емкостный [38] или иногда чисто емкостный. В пассивных делителях напряжения коэффициент передачи 0,1 как правило не делают, так как в этом случае получается слишком большое выходное сопротивление - около 100 кОм (типичное значение входного сопротивления вольтметра СЗН, а значит, и пассивного делителя составляет 1 МОм). Коэффициент передачи МП, равный 0,1, получают, например, путем деления входного сигнала в 100 раз и последующего усиления в 10 раз. 8* 107