33 Измерение напряжения электронным цифровым вольтметром (цв).

ЦВ являются первыми представителями цифровых измерительных приборов (ЦИВ). В ЦИВ автоматически вырабатываются дискретные сигналы, измерительной информации, а показания представляются в цифровой форме. Благодаря чему измерения становятся более удобными. Точность измерений по сравнению с аналоговыми приборами значительно возрастает, а грубые погрешности (промахи) практически полностью исключаются. Современные электронные ЦИВ имеют очень высокое быстродействие. На базе ЦИП удобно и целесообразно проектировать многофункциональные измерительные приборы-мультиметры, обеспечивающие измерение нескольких физических величин (как электрических, так и неэлектрических). Процессы измерения и обработки измерительной информации легко автоматизируются, поэтому на базе ЦИП проектируются ИВК и ИИС.

Основным функциональным узлом ЦИП является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) измеряемой непрерывной (аналоговой) величины в цифровой код – выходной сигнал АЦП. Процесс преобразования включает дискретизацию измеряемой величины во времени, квантование ее по уровню и цифровое кодирование. Эти стадии процесса преобразования представлены на рис.1

Под дискретизацией X(t) во времени понимают преобразование ее в дискретную величину путем сохранения мгновенных значений X(t) только в определенные моменты времени – моменты дискретизации (t₁-t₇) (рис1, а, б) Промежуток между двумя ближайшими моментами дискретизации Δt наз. шагом дискретизации, который может быть постоянным (равномерная дискретизация) и переменным (неравномерная).

Под квантованием X(t) по уровню понимают операцию замены ее истинных мгновенных значений ближайшими фиксированными величинами из некоторой совокупности дискретных значений, наз-мые уровнями квантования. (X₁-X₅) (рис.1 б) Уровни квантования представляются соответствующими числами, поэтому операция квантования аналогична с математической точки зрения округлению чисел. Разность ΔX между двумя соседними уровнями квантования наз-ся шагом квантования. ΔX также может быть постоянной (равномерное квантование) и переменной (неравномерное квантование).

Цифровое кодирование квантованных уровней заключается в формировании дискретных сигналов, несущих информацию об их значениях.

В ЦИП могут быть реализованы различные методы аналого-цифрового преобразования и структурные схемы АЦП. Метод преобразования и тип АЦП являются, согласно ГОСТу, основными классификационными признаками ЦИП и соответственно ЦВ.

В зависимости от метода аналого-цифрового преобразования выделяют ЦВ, реализующие время-импульсный метод преобразования, частотно-импульсный и кодо-импульсный методы.

Тип АЦП определяет принадлежность ЦВ к вольтметрам прямого преобразования (непрерывная величина непосредственно преобразуется в дискретную) или сравнения (преобразование непрерывной величины в дискретную производится путем сравнения с известной величиной). Вольтметры сравнения (компенсационные) принято называть вольтметрами уравновешивающего (компенсационного) преобразования. В зависимости от способа уравновешивания выделяют вольтметры с развертывающим (циклическим) и следящим уравновешиванием.

Кроме того, ЦВ классифицируются в зависимости от значения измеряемого напряжения на вольтметры, измеряющие мгновенное значение напряжения, и вольтметры, измеряющие среднее за выбранный интервал времени значение на напряжение - интегрирующие цифровые вольтметры (ИЦВ). Интервал времени (время интегрирования) может быть фиксированным или переменным. По способу интегрирования различают ИЦВ с аналоговым интегрированием и ИЦВ с усреднением результатов измерений (с цифровым интегрированием).