Цифровой вольтметр (АЦП) с двойным интегрированием Лекция     10.

Рассмотрим временные диаграммы (рис. 2) для разных элементов структурной

схемы и принцип ее работы

На рисунке УУ — это управляющее устройство, оно управляет электронным переключателем (ЭП) и генератором счетных импульсов (ГСИ). Для генерации

счетных импульсов часто используется переменное питание с частотой 50 Гц, которая в раз повышается умножителями до нужной частоты. Сигнал из ГСИ поступает

.

на счетчик импульсов (сч. имп.) В момент времени электрический переключатель (ЭП) находится в положении 1, сигнал на интегратор не подается. При ЭП устанавливается в положение 2 и на вход интегратора начинает подаваться измеряемое напряжение, УУ включает ГСИ. При , когда на счетчик импульсов приходит заданное число (N₀) импульсов, ЭП переключается в положение 3, и на интегратор подается постоянное напряжение противоположной полярности -. В момент, когда напряжение на выходе интегратора U_Л достигнет 0, срабатывает компаратор (при этом ) и ЭП переключается в исходное положение 1, цикл измерения заканчивается.

Число имульсов формируется во время интегрирования , однако временной интервал будет пропорционально измеряемой величине. Как было сказано, напряжение U_Л в момент времени равно 0:

(1)

Из выражения (1) с учётом можно получить, что интервал времени пропорционален измеряемой величине:

, (2)

а число счетных импульсов, попавших в этот временной интервал:

(3)

Выражение (3) может быть представлено в виде , где это чувствительность: (4)

Видно, что в отличие от предыдущего вольтметра чувствительность содержит лишь 2 (вместо 5) дестабилизирующих сомножителя, и значит её ОСКО

, (5)

характеризующее мультипликативную погрешность, будет намного меньше.

Рассмотрим аддитивную составляющую погрешности прибора, она включает в себя погрешность дискретизации и погрешность компаратора:

(6)

СКО дискретизации несколько меньше по сравнению с предыдущим случаем (в раза): (7)

Измеряемая величина может содержать и синусоидальную помеху. Интегратор — это фильтр НЧ, он эффективно подавляет высокочастотную помеху, но в меньшей степени - низкочастотную. Но если период счетных импульсов , тогда , и для исключения НЧ-помехи достаточно, чтобы отношение было целым числом. При этом синусоида интегрируется за целое число периодов, а значит, помеха на выходе интегратора будет равна 0. Значит, вольтметр данного типа оказывается существенно более помехозащищенным, чем предыдущий.

Погрешность за счет нелинейности также будет либо отсутствовать (при ), либо существенно меньше.

Таким образом АЦП с двойным интегрированием считается наиболее точным (порядок ОСКО может быть 0,005…0,01%).

Однако время преобразования () достаточно велико и при измерении изменяющегося напряжения может появится динамическая погрешность. Поэтому в таких случаях необходимо использовать более быстрые АЦП.