У цифрових вольтметрах (ЦВ) в якості відлікового пристрою використовуються цифрові знакосинтезирующие індикатори на основі світлодіодних матриць (наприклад, В7-21А) і рідкокристалічних індикаторів РКІ (приклад - М830В фірми Mastech). Дорогі моделі мультиметрів і скопметров (наприклад, фірми Fluke) можуть мати кольоровий РКІ-дисплей. Індикація (дисплей), крім безпосереднього відображення результату вимірювань, як правило, індикує також сигнал перевантаження, знак полярності, рід і діапазон вимірюваної величини. З метою розширення показань піддіапазону при вимірюванні фізичної величини, значення якої трохи перевищує кінцеве значення встановленої межі вимірювань, вводять додатковий розряд з неповною індикацією. Широке використання в якості елементної основи інтегральних мікросхем дозволяє створювати на базі ЦВ багатофункціональні прилади - мультиметри, здатні проводити вимірювання не тільки струму і напруги, а й опору, ємності, індуктивності. Цифрові мультиметри в даний час є одними з найпоширеніших електровимірювальних приладів. p> Оскільки обов'язковою функціональним елементом ЦВ є АЦП, цифрові вольтметри розрізняють за методом аналого-цифрового перетворення: послідовного рахунку (з час-імпульсним перетворенням, з перетворенням напруги в частоту - інтегруючі та подвійного інтегрування), послідовного наближення (порозрядного кодування або з кодово -імпульсним перетворенням) та ін Найбільшого поширення набули ЦВ інтегруючі та подвійного інтегрування.
Робота інтегруючих вольтметрів безперервного інтегрування заснована на методі перетворення напруги в частоту. Частота повторень імпульсів, пропорційна вхідній напрузі, вимірюється електронно-рахунковим частотоміром. p> Похибка вимірювань цифрових вольтметрів визначається за формулою
? = В± [з + d? (Uк/U п - 1)]
де c і d - постійні числа, що характеризують клас точності вольтметра; Uк - кінцеве значення встановленої межі вимірювань; Uп - показання приладу.
Метод час-імпульсного перетворення в поєднанні з подвійним інтегруванням дозволяє ефективно послабити вплив перешкод, виміряти напругу обох полярностей, отримати вхідний опір, рівний одиницям ГОм, і малу похибку вимірювання без пред'явлення особливих вимог до постійності лінійно змінюється напруги .
на рис.9.5, а представлена ​​структурна схема цифрового вольтметра подвійного інтегрування.
Принцип дії приладу заснований на перетворенні вимірюваної величини в пропорційний їй інтервал часу з подальшим перетворенням цього інтервалу в дискретну форму і в цифровий код.
В
Малюнок 9.5
Керуючий пристрій УУ задає цикл вимірювань Тц і виробляє імпульс першого такту тривалістю Т1 (рис.9.5, б). Протягом інтервалу часу Т1 електронний ключ SA знаходиться в початковому стані і вимірюється напруга Uх через вхідний пристрій ВУ надходить до интегратору і повідомляє конденсатору С кількість електрики
В
У момент закінчення імпульсу Т1 УУ відкриває ключ SD і на лічильник Сч починають надходити імпульси від генератора Г. Одночасно ключ SA перекидається в друге стійкий стан і до интегратору надходить опорна напруга UK зворотної полярності. Конденсатор протягом інтервалу часу Тх розряджається до вихідного стану
В
У момент закінчення розряду конденсатора напруги на обох входах УС виявляються рівними нулю, УС дає команду на розмикання SD, і надходження імпульсів на лічильник припиняється. Їх кількість визначає Тх. Оскільки кількість електрики при заряді і розряді конденсатора однаково, то отримуємо
В
інтервал часу Тх не залежить від постійної часу інтегратора, тобто для здійснення методу подвійного інтегрування не вимагаються ланцюга з високостабільним елементами. Тривалість першого такту інтегрування Т1, і значення опорного напруги UK можуть підтримуватися постійними з високою точністю, і тому похибка перетворення напруги в часовий інтервал при цьому методі незначна. p> Подальший розвиток цифрових вольтметрів пов'язано з побудовою їх на основі мікропроцесорних пристроїв. Введення мікропроцесорів дозволяє алгоритмизировать вимірювальний процес, що значно розширює технічні та функціональні можливості приладів. p> Програмовані ЦВ, крім автоматичної установки меж вимірювань, здатні також виконувати:
первинну обробку даних (визначення параметрів досліджуваного сигналу, величину відхилень і т. п.);
зберігати значення виміряних параметрів у блоці пам'яті;
робити різні операції з виміряними величинами (порівняння, додавання, множення на константу);
виробляти автокалібровки;
керувати роботою функціональних вузлів приладу, проводити їх діагностику з індикацією станів;
реєструвати і виводити дані в потрібній формі тощо
Як приклад розглянемо характеристики цифрового універсального вольтметра серії В7-73 Мінського приладобудівн...
