книги / Цифровые измерительные приборы

триггеров. Первым импульсом, поступающим на вход 1, переклю­ чается Tel, который включает первый разряд КОДЕ.

В зависимости от соотношения между их жи0 СУ через эмиттерный повторитель ЭП подключает общую шину диодов Д1 — Д4 к источнику напряжения -f-Е2либо —Ех. Если необходимо отклю­ чить первый разряд ИОДЕ, т. е. сбросить Tel в первоначальное состояние, общая шина диодов подключается к + Е 3. При этом импульсбм запуска от распределителя включается Тг2 и одновре1 меныо выключается Tel, так как диод Д1 заперт. Если необходимо оставить включенным первый разряд ИОДЕ, общая шина диодов подключается к —Е±. При этом диод Д1 отпирается и отрицатель­ ное напряжение —Ег препятствует сбросу триггера Tel импуль­ сом распределителя со входа 2. Работа следующих триггеров раз­

рядов регистра происходит аналогично до завершения процесса измерения.

Для того чтобы не утомлять оператора изменениями показаний отсчетного устройства в течение каждого цикла измерения, в не­ которые приборы вводится устройство гашения индикации на время, необходимое для окончания этого цикла. Гашение индика­ ции осуществляется путем отключения напряжения питания от индикаторного устройства, в состав которого входит собственно отсчетное устройство и схема управления его работой.

Выдача результата измерения начинается с формирования им­ пульса конца измерения и синхронного или задержанного по от­ ношению к нему импульса считывания. В приборах с промежуточ­ ным преобразованием во временной интервал в качестве формиро­ вателей указанных импульсов наиболее часто используются жду­ щие мультивибраторы. В приборах поразрядного уравновешивания импульсы формируются распределителем.

Импульс конца измерения используется для синхронизации устройств, работающих совместно с ЦИП(Ы). При воздействии импульса считывания результаты измерения в коде подаются на выход прибора.

Выход ЦИП(Н) может быть несимметричным (заземленным) или симметричным, (незаземлееным) относительно общей шины прибора, импульсным или потенциальным, закрытым на время измерения или открытым. Наиболее часто в ЦИП(И) используется закрытый выход.

Для индикации результатов измерений вбесконтактных ЦИП(Н) используются либо двоичные отсчетные устройства, выполненные на неоновых лампах, например на ТН-0,2, либо десятичные на циф­ ровых индикаторных лампах ИН-1.

Необходимое напряжение зажигания ламп получают путем суммирования анодных напряжений и напряжений, переключае­ мых бесконтактными транзисторными ключами и подаваемых на катоды этих ламп. В качестве ключевых используются высоковольт-

’t'Enum

ные транзисторы. На рис. 2-67 показана схема управления инди­ каторной лампой ИН-1.

Напряжение зажигания лампы в этой схеме получается путем суммирования +7?пит, меньшего, чем напряжение гашения ИН-1, и коллекторного напряжения закрытых ключей (77 — Тп). Схе­ ма работает следующим образом. На базовые делители ключей индикации 7 7 — Тп подаются отрицательные перепады напряже­ ний управления, отпирающие эти ключи до насыщения. На кол­ лекторах открытых ключей устанавливаются потенциалы, близ­ кие к напряжению общей шины, и к лампам прикладывается на­ пряжение + Е П11Т, при котором они гаснут.

Для зажигания лампы ИН-1 на базу ключа подается положи­ тельный перепад напряжения (сигнал управления ключом от де­ шифратора кода). Ключ запирается, и на его коллекторе фикси­ руется потенциал, близкий к —£ пит. Суммарное напряжение +2?Ш5Т и —/?пит становится достаточным для зажигания лампы ИН-1, и она горит до тех пор, пока на ключ (77 — Тп) воздействует положительный перепад напряжения управления.

Схема управления индикацией на лампах ТН-0,2 аналогична схеме управления индикацией на лампах ИН-1. Необходимо от­ метить, что при наличии высоковольтных транзисторов п — р — п- проводимости схема управления индикаторными лампами типа ИИ (ИН-1 — ИН-4) или ТН-0,2 становится значительно экономич­ нее по потребляемой мощности, так как все ключи управления на транзисторах п — р — гс-проводимости оказываются запертыми, кроме одного, включающего индицируемую цифру.

Схемы управления электромеханическими ЦИП(Н). В серий­ ных моделях электромеханических цифровых приборов встреча­ ется 4 типа схем управления:

на двухобмоточных поляризованных реле, коммутируемых специальным программирующим переключателем (вольтметры Щ1311М, Щ1411М, Щ1511);

на электромагнитных реле, коммутируемых реле-искателем (вольтметр В2-8);

на электромагнитных реле, коммутируемых релейным распре­ делителем (вольтметр Р339);

на электромагнитных реле, управляемых транзисторными триг­ герами и регистром сдвига (вольтметр В2-9).

В электромеханических вольтметрах с поразрядным уравнове­ шиванием отработка компенсационного напряжения ведется обыч­ но по несамодополняющемуся коду 2-4-2-1 (в дальнейшем в этом разделе 3-й элемент кода будем обозначать штрихом, чтобы отли­

	чать его от 1-го элемента). От-										Таблица 2-1
	счетное		же		устройство			всех
	приборов			работает		по	десятич­		Комбинации элементов кода 2-4-2'-1
	ной	системе. Чтобы				преобразо­				Комбинации включенных
	вать	закодированные					сигналы		Показание
										элементов кода
	в десятичную систему,						приме­		отсчсшого
	няют дешифраторы					одного из			устройства	основная	побочная
	следующих				типов: транзистор­
	ные,	диодные, релейные, релей­							0	0	Нет
	но-диодные.								1	1	Нет
	Тип		дешифратора,				исполь­		2	2	2'
									3	2+1	2 + 1
	зуемого		в	схеме, определяется					4	2+2'	4
	структурой схемы и типом от-								5	2 + 2 + 1	4+1
	счетиого		устройства.						6	2+ 4	4+2'
	При дешифрации приходится								7	2+ 4 + 1	4 + 2 + 1
									8	2+ 4+2'	Нет
	учитывать				возможность			не­	9	2 + 4 + 2 + 1	Нет
	скольких			комбинаций			элемен­
	тов кода для набора одного									(табл. 2-1, рис. 2-68)
	значения. Так, например, в коде 2-4-2'-1
	число 3 может быть представлено основной									комбинацией 2 + 1
	и побочной				2' + 1.	Если этого не учитывать, возможен ложный
	отсчет.		исключения ложных отсчетов применяют защиту как
	Для
	в схеме		управления, так					и в схеме дешифратора.

При защите в схеме управления обеспечивают исключение всех побочных комбинаций. Для кода 2-4-2'-1 в этом случае достаточ­ но сделать так, чтобы элементы кода 4 и 2' не могли быть включены, если не включен первый элемент кода 2.

ного отсчета

При защите в схеме дешифратора делают так, чтобы и при ос­ новных и при побочных комбинациях отсчет был одинаков. Напри­ мер, в схеме, показанной на рис. 2-69, в отсчетном устройстве двой­ ка включается при срабатывании как контакта 2, так и контакта 2'.

Заметим, что защита от остальных побочных комбинаций для кода 2-4-2'-1 может не делаться (прибор Р339).

Иногда применяют комбинированную защиту. Например, в де­ шифраторе прибора В2-9 (рис. 2-70) показание не зависит от того.,

какое реле включено, 2 или 2\ Побочные же комбинации четверки (2 + 2') и пятерки (2 4- 2Г ■+ 1) исключены благодаря тому, что в схеме управления реле 2' не может включиться, если не включено реле 4.

2-3» Основные характеристики

Цифровые приборы для измерения напряжения представляют собой наиболее многочисленную группу. Поэтому ряд их основных характеристик, о которых вкратце говорилось ранее, следует рассмотреть более подробно.

Погрешности. Основная погрешность ЦИП(Н) является суммой составляющих, которые можно разделить на две основные группы. К первой относятся составляющие, абсолютные значения которых Aj изменяются (рис. 2-71) прямо пропорционально показанию прибора. Ко второй группе относятся со­ ставляющие, абсолютные значения кото­ рых Д2 не зависят от показаний прибора.

Кроме того, есть погрешности, имеющие

более	сложную	зависимость	от	пока­
заний. В серийно выпускаемых приборах
эти погрешности		сравнительно	невелики,
и при нормировании погрешности при­
бора	их для простоты относят		к	одной
из двух указанных основных групп.					Рис. 2-71. Зависимость
б соответствии со сказанным нормиро­					абсолютной погрешности
вание основной погрешности прибора осу­					от показания прибора

ществляется посредством .абсолютной А, относительной уотп или приведенной упр погрешности.

Основная допускаемая абсолютная погрешность (в вольтах)

Д = ± ( а ^ + До),

где аг — коэффициент пропорциональности; их — показание при­ бора; Д0 — постоянная погрешность, называемая иногда погреш­ ностью нуля.

Для многопредельных приборов, так как Д0 на каждом пределе измерения принимает новое значение, во избежание нормирова­ ния погрешности на каждом пределе новой формулой заменяют Д0 выражением где Ъх = А0/ип, а ип —•предел измерения. При этом выражение для абсолютной погрешности принимает вид:

Д—— i.atux+ ôjitn).

Основная допускаемая относительная погрешность может быть получена делением всех членов в выражении для абсолютной по­ грешности на их и умножением на 100 для перевода в проценты:

Тоти= ± ( а + ь2й),

где а и Ъ— безразмерные коэффициенты (а = 100alt Ъ= 400^); ип — предел измерения, на котором получено показание их.

Нетрудно видеть, что теперь первый член в формуле погреш­ ности не зависит от показаний прибора, а второй увеличивается к началу шкалы (при уменьшении их) по гиперболическому закону (рис. 2-72). Растет к началу шкалы и суммарная погрешность у отд.

В тех случаях, когда а мало по сравнению с Ь, используется нормирование приведенной погрешностью

7пр==ЬЬ#/о-

Сравнительно часто при нормировании погрешности прибора член Д0 выражают не в единицах измеряемой величины, а в виде п знаков,при этом под п понимают число единиц младшего десятич­ ного разряда. Например, основная допускаемая погрешность при­ бора Щ1511 задана в форме ± (0,02%

показания + 2 знака).

Так как в приборе Щ1511 пять полных десятичных разрядов, то два знака на пре­ деле измерения м„ составляют 2*10_вмп в, или 0,002% и„. Отсюда эквивалентная указанной запись основной допускаемой абсолютной и относительной погрешностей для этого прибора будет

Рис. 2-72. Зависимость	Д = ± (2 •i0~4ux +		2•Ю_5ип) в;
		(0,02 + 0,002^) «/,.
относительной погреш­	YoTIl = ±
ности от показания при­
бора	В приборе Ш1411М основная допускае­
мая погрешность задана в виде приведен­
ной погрешности упр =	0,05%. Это	означает,	что абсолютная

и относительная погрешности показания их на пределе мп не пре­ вышают без учета знака:

Д = 5-10~4ип	в \
YOTH = 0 ,05 ~	% .
их

Входное сопротивление. Входное сопротивление ЦИП(Н) в про? цессе измерения может не оставаться постоянным по величине, и поэтому следует различать сопротивление прибора в момент ком­ пенсации, т. е. после окончания измерительного цикла, и при от­ работке, т. е. во время измерительного цикла.

Как известно, вольтметр В (рис. 2-73) измеряет напряжение их, приложенное к его входу и отличающееся от э. д. с. Еа на ве­ личину падения напряжения Дм на внутреннем сопротивлении

Ru источника	измеряемого напряжения	И. При заданных Еп
и Ru величина Дм определяется током /„ ,		зависящим от входного
сопротивления	i?BX вольтметра В.

I «И

Рис. 2-73. Эквивалентная схема измерения напряже­ ния вольтметром

■ ~ 1

В ряде цифровых вольтметров (В2-8, Щ1311МТЩ1511) в про­ цессе измерительного цикла входное сопротивление может изме­ няться в пределах от -Rux.min Д° Двх. тах, что приводит к колеба­ ниям тока 7П и, следовательно, измеряемого напряжения их. Тем не менее при измерениях сигналов практически безреактивных источников эти колебания не оказывают влияния на резуль­ таты измерений, и последние зависят только от сопротивления прибора в ре­

жиме компенсации (обычно i?nx. max)- Иначе обстоит дело при измерениях

сигналов, источники которых содержат реактивности (обычно емкости). Непо­ стоянство входного сопротивления в этом случае может стать источником дополнительной и часто весьма значи­ тельной погрешности. Причиной обычно

является разряд емкостей в измеряемой цепи, вызываемый умень­ шением входного сопротивления прибора, и недостаточность времени /для восстановления напряжений на этих емкостях до уровней, соответствующих сопротивлению прибора в режиме компенсации.

Для вольтметров переменного тока полное входное сопротив­ ление определяется его активной и емкостной составляющими, включенными параллельно, и может быть найдено из выражения:

/7	Л
У t +	(2nfCR)29

где R — сопротивление постоянному току, ом; С — входная ем­ кость прибора, ф; / — частота измеряемого напряжения, гц.

2-4. Цифровые вольтметры и преобразователи, выпускаемые в СССР

Цифровой вольтметр В7-8 является быстродействующим электронным

прибором, основанным па принципе время-импульсного преобразования, и предназначен для измерения напряжений постоянного и переменного тока. При измерениях на перемеппом токе показания прибора пропорциональны среднему значению измеряемого напряжения; прибор градуируется в дей­ ствующих значениях для синусоидальной формы кривой.

Пределы измерения вольтметра 10—100—1000 в при измерении постоян­ ных напряжений и переменных в диапазоне частот от 20 гц до 200 кгц. Основ­

ная погрешность прибора не превышает значений, приводимых в табл. 2-2. Выбор полярности при измерении напряжений постоянного тока осуще­

ствляется автоматически.

Вольтметр приводится в действие вручную (нажатием кнопки) или автоматически от внутреннего или внешнего источника пусковых импульсов. Входное сопротивление прибора не менее 1 М ом , входная емкость не более

120 пфш Длительность цикла измерения не превышает 30 мсек.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряже­ нием 220 в гh 10%, частотой (50 ± 0,5) гц* Потребляемая от сети мощность

Осповпая погрешность вольтметра В7-8

	Напряжение постоянного			Напряжение переменного тока в диа­
Предел				пазоне частот
	тока
измерения.				20 811—20хгц			400 е^—20 хгц
е
	10	100,	1000	10	100,	300	100,	300
Осповная	± (0,1%и*+ ±	(0,3%и*+ ±		(0,3%и*+ ±	(0,5%«я+		± (5%И*+
погреш­	-}-1 зн.)	•+1	8Н.)	+ 3 зн).	-J-3	зн.)	-f-З	зн.)
ность

* их — показание прибора.

яе превышает 145 ва7 Габаритные размеры прибора 380x320x360 мм. Вес не более 25 кГ.

Блок-схема вольтметра В7-8 прпведепа на рис. 2-74. Во входном устрой­ стве В х .У измеряемое напряжение приводится с помощью делителя к номи­ нальному пределу (10 б?) и далее поступает на усилитель постоянного тока У П Т .

В случае измерения напряжения переменного тока с делителя оно подается на преобразователь переменного напряжения в постоянное Л р , а затем поступает на вход У П Т . Напряжение усиливается в 8 раз и преоб-

Рис. 2-74. Блок-схема цифрового вольтметра В7-8

разуется в Симметричное. Два выхода У П Т , потенциалы которых связаны

линейно с измеряемым напряжением, подключены на входы двух триодных

Сравнивающих устройств			СУ2, 2 . На		другие входы С У подается линейно
падающее напряжение		от	генератора		цикла Г Ц .
Два последовательных Срабатывания СУ следуют друг за другом через
промежутки	времени	t = kux		(k — коэффициент пропорциональности).
На выходе С У образуется прямоугольный импульс длительностью t„.						Этот
импульс отпирает генератор образцовой частоты ГО Ч .						блок,
Импульсы	ГО Ч с	частотой		/0 =	1 М гц поступают на счетный

Содержащий декады Д К 1 — Д К 4 и устройство выбора полярности и допол­ нительного разряда У П Д Р .

Для исключения счета ложных импульсов во время обратного хода Г Ц С него снимается прямоугольный импульс цикла, запирающий ГОЧ.

Длительность цикла измерения может регулироваться в пределах ОД—* 5 сек. Возможно ташке управление прибором с помощью внешних пусковых импульсов с частотой до 30 гц.

Еблп их превышает 10 я, то емкости четырех декад (9,999) оказывается

недостаточно. В этом случае с выхода старшей декады поступает импульс, включающий дополнительный разряд У П Д Р .

Полярность напряжения постоянного тока определяется очередностью срабатывания сравнивающих устройств СУ 1, 2, и соответствующий сигнал, поданный в У П Д Р Лвызывает появление на отсчетном устройстве знака «—», если подано —иХ1 и отсутствие знака при + и х .

Питание всех узлов прибора осуществляется от блока питания Б Д .

Вольтметр В7-8 выполняется в виде настольного прибора. Все элементы его схемы смонтированы в отдельных блоках, соединяющихся с шасси разъемами.

Цифровой вольтметр В 2-9 является электроппо-мехапнческим компен­

сационным прибором, ослованпым на принципе поразрядного уравновеши­

вания, и предназначен для измерения напряжений постоянного тока.
	Пределы измерения вольтметра 0,999—9,99—99,9—999 в.
	Разрешающая способность 1 мв.
	Сопротивление прибора (в режиме компенсации) в соответствии с преде­
лами 0,1—1—10—10 М ом .
	Выбор полярности измеряемого напряжения происходит автоматически.
Переключение пределов измерения ручное.
	Основная погрешность прибора не превышает dz (0,1% показания + 2
знака) — при ручном режиме работы и dz (0,1% показания + 4			знака) —
при	автоматическом режиме работы.
	Время одного измерения не более 0,5 сек.
	В приборе использовано отсчетиое устройство проекционного типа.
220	Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением
	в dz 10% t частотой (50 dz 0,5) гц. Потребляемая от сети мощность			не
превышает		65 ва. Габаритные размеры прибора — 220x320x280	мм.	Вес
не более 15		кГ .	в схеме
	Особенностью схемы вольтметра В2-9 является применение

управления полупроводниковых элементов в сочетании с исполнительными реле типа РЭС-22, контакты которых переключают весовые сопротивления дискретного делителя.

Сравнивающее устройство прибора представляет собой усилитель по­ стоянного тока с коррекцией дрейфа. Коррекция осуществляется с помощью запоминающей емкости, подключаемой контактом внбропреобразователя через интервалы в 10 мсек к выходу усилителя.

Собственно усилитель имеет четыре каскада, первый из которых выпол­ нен на половине двойного триода 6Н27П. На второй половине триода собран каскад коррекции дрейфа. Остальные каскады выполпепы по балансной схеме на транзисторах типа П15.

Дискретный делитель имеет весовые сопротивления, набранные по коду 4-2-2-1. Дешифратор, собранный на контактах реле РЭС-22, переклю­ чает лампы СЦ-76 проекционного отсчетного устройства.

В качестве источника образцового напряжения в приборе использован параметрический стабилизатор на кремниевых стабилитронах.

Конструкция прибора представляет собой ряд функциональных узлов, Собранных на платах с печатным монтажом, размещенных в общем корпусе.

Цифровой вольтметр В2-8 является электромеханическим компенса­

ционным прибором, основанным на принципе поразрядного уравновеши­ вания, и предназначен для измерения напряжений постоянного тока в диа­ пазоне от 0 до 1000 в.

Пределы измерения вольтметра 19,999—199,99—1000 в. Разрешающая способность прибора 1 мв.

Сопротивление	прибора	с точностью	dz0,5% составляет 9,9 М ом на
пределах 199,99 и	1000 в и 0,99 М ом па пределе 19,999 а.
Выбор полярности осуществляется автоматически; выбор предела пзме-
рения — автоматически или вручную.			температуре 20 zh 5° С не превы­
Основная погрешность прибора при
шает dz (0,15% показания +		1 знак).

Изменение показания прибора, вызванное отклонением напряжения питания на rhl0% номинального, не превышает значения допускаемой основ­ ной погрешности.

Прибор пмеет ручной, дистанционный и автоматический запуск. Время одного измерения не более 3 сек.

Входной фильтр, имеющий коэффициент фильтрации около 10 па про­ деле измерения 19,999 в и около 50 на остальных пределах, ослабляет пере­ менную составляющую (частотой 50 гц) в измеряемом напряжении.

Вольтметр пмеет выход, позволяющий подключать печатающее устрой­ ство как с внешним, так и внутренним источником питания, а также внешнее отсчетное устройство.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряже­ нием 200 я dr 10%, частотой (50 dr 0,5) гц.

Габаритные размеры прибора 520x350x410 мм. Вес не более 37 кГ.

Входной делитель собран пз микропроволочпых сопротивлений типа МВСГ и содержит подстроечные сопротивления, служащие для точной регу­ лировки коэффициента деления.

Дискретный делптель выполнен по звездообразной схеме с весовымп сопротивлениями, набранными по коду 2-4-2-1. Первая декада имеет весовое сопротивление, соответствующее только единице.

Образцовое напряжение, питающее дискретный делптель, снимается с электронного компенсационного стабилизатора. Опорным источником служит нормальный элемент класса 0,02. Первые каскады усилителя по­ стоянного тока стабилизатора для уменьшения дрейфа работают по принципу «модуляция — демодуляция».

В качестве модулятора используется вибропреобразооатель типа ВУ-6,3. Устройство сравнения прибора построено по схеме электронпого уси­

лителя переменного тока с вибропреобразователем на входе.

Схема управления вольтметра построена на реле типа РЭС-9. Последо­ вательность включения реле задается реле-искателем.

В приборе использовано проекционное отсчетное устройство на лам­ пах МН-14.

Конструктивно прибор состоит из установленной в корпус несущей рамы с закрепленными на ней пятнадцатью съемными блоками. Монтаж блоков выполнен печатным способом.

Цифровой вольтметр типа Щ 1311М является электромеханическим

прибором, основанным на принципе поразрядного уравновешивания, п пред­ назначен для измерения напряжений постоянного тока при температур© окружающего воздуха от + 1 0 до + 35° С и относительной влажности до 80% (при + 30° С).

Пределы измерения вольтметра 0,999—9,99—99,9—999 в. Возможно

расширение пределов измерения на 10%. Разрешающая способность при­ бора 1 мв.

Для измерения напряжений до 1000 в используется вход 1. В этом слу­ чае сопротивление прибора составляет 100 ком на пределе 0,999 в, 1 М ом на пределе 9,99 в дх 10 М ом с погрешностью dr0,3% и на пределах 99,9 в

и	999 в.
	Для измерения напряжений до 1,1 в используется вход II. Сопротивле­
ние прибора (в режиме компенсации) при этом не менее 100 М ом .
	Выбор предела измерения и полярности осуществляется автомати­
чески.
+	Основная погрешность прибора не превышает dr (0,1% показания +
	1 знак).
	Прибор имеет два режима работы: разовых и периодических измерений.
Выбор режима осуществляется клавишным переключателем рода		работ.
В	режиме периодических измерений запуск прибора производится	автома­

тически от встроенного реле времени. Интервалы между измерениями могут плавно регулироваться от 3 до 30 сек, Время одного измерения 1,5 сек dr 10%.

В приборе использовано отсчетпое устройство проекционного типа с высотой цифр не менее 25 мм.