Цифровые вольтметры с частотным преобразованием

Принцип работы цифровых вольтметров (ЦВ) с частотным преобразованием основан на преобразовании измеряемого напряжения в пропорциональную ему частоту следования импульсов. Вариант структурной схемы цифрового вольтметра с частотным преобразованием изображён на рис. 4.22, а временные диаграммы, поясняющие его работу, - на рис. 4.23.

Измеряемое напряжение U_x поступает через входное устройство на вход интегратора и интегрируется с постоянной времени х = RC. На выходе интегратора напряжение линейно возрастает в течение времени t (рис. 4.22) и сравнивается с эталонным напряжением U_3T с помощью схемы сравнения.

Таким образом, справедливо выражение

Сигнал схемы сравнения воздействует на формирователь импульсов обратной связи и на входе интегратора в течение времени /₂ действуют два сигнала - измеряемое напряжение U_x и напряжение обратной связи U_oc отрицательной полярности (рис. 4.22).

Напряжение на выходе интегратора линейно уменьшается с постоянной времени т₂ = ^2 С и возвращается к исходному уровню. Для этого случая справедливо выражение

Приравняв выражения (4.33), (4.34), для прямоугольной формы импульсов обратной связи получим

Из рис. 4.23 видно, что /₂ + h = Т_х. Поэтому окончательно получим следующее выражение:

Рис. 4.22. Структурная схема цифрового вольтметра с частотным преобразованием

Рис. 4.23. Временные диаграммы для ЦВ с частотным преобразованием

Таким образом, частота импульсов обратной связи прямо пропорциональна измеряемому напряжению U_x. При изменении измеряемого напряжения будет изменяться и крутизна напряжения U_n на выходе интегратора, поэтому и частота импульсов будет также изменяться.

Импульсы с выхода формирователя поступают далее на селектор. Этот узел открывается на строго определённое время /₀, которое задаётся блоком временных интервалов. Счётчик подсчитывает количество импульсов с периодом Т_х, прошедших через селектор за время /₀- Пределы измерения расширяют переключением значений уровня напряжения ?/₀.

Из выражения (4.36) следует, что погрешность преобразования измеряемого напряжения в частоту определяется погрешностями резисторов R и R₂, а также постоянством произведения амплитуды импульсов обратной связи на их длительность U_oc t₂. Погрешность преобразования не зависит от эталонного напряжения и_эт. Суммарная погрешность составляет от 0,1 % и более.

По принципу действия вольтметры с частотным преобразованием являются интегрирующими. Принцип частотного преобразования используется в универсальных вольтметрах, таких как В7-18, В7-21, В7-25 и др. Диапазоны измеряемых постоянных напряжений составляют от 1 мкВ до 1 000 В.