Время-импульсный цифровой вольтметр

2.  Время-импульсный цифровой вольтметр

В этих вольтметрах (рис. 2, а и б) измеряемое напряжение U_x предварительно преобразуется во временной интервал t_x путем сравнения U_x с линейно-изменяющимся напряжением U_k.

Рис. 2. Схема (а) и диаграммы напряжений (б) время-импульсного вольтметра

При запуске прибора старт-импульсом в момент t₁ срабатывает триггер Тг, который открывает ключ К и запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения ГЛИН. Напряжение U_K на выходе генератора ГЛИН начинает изменяться по линейному закону, и на вход ПУ подаются квантующие импульсы. В момент t₂ при U_K=U_X сравнивающее устройство СУ стоп-импульсом через триггер и ключ прекращает подачу импульсов в ПУ. Таким образом, за время t_x=t₂ — t₁ = U_x/k (где k — коэффициент, характеризующий скорость изменения напряжения U_к) на вход ПУ пройдет число импульсов

 

N=t_x/T₀=U_xf₀/k. (2.1)

Составляющие погрешности прибора:

1) погрешность квантования, зависящая от t_x/T_o;

2) погрешность реализации от нестабильности f_о;

3) погрешность от наличия порога срабатывания СУ;

4)погрешность от нелинейности и нестабильности кривой линейно-изменяющегося напряжения, т. е. от непостоянства k; эта составляющая практически определяет точность этих вольтметров.

В настоящее время у время-импульсных ЦИУ погрешность снижена до ±0,05 %. Показания этих ЦИУ определяются мгновенным размером входного сигнала, а поэтому эти ЦИУ чувствительны к помехам.

3.  Задача 1.14

Найти результат и погрешность косвенного измерения частоты по результатам прямых измерений реактивного сопротивления и индуктивности катушки с независимыми случайными погрешностями, распределенными по нормальному закону.

X_L = (1,100,02) Ом, P_xL = 0,96;

L = (1052) мГн, Р_L= 0,94.

Записать результат в стандартной форме для Р = 0,92.

Решение:

1)  Определяем результат косвенного измерения частоты по формуле

ω =  = = 10,476 (Гц)

2)  Определяем СКО случайной погрешности косвенного измерения σ(Y).

Для этого сначала находим СКО погрешности измерений X_L и L:

 

σ(X_L)=,

где Δ₁ = 0,02 Ом – половина доверительного интервала случайной погнрешности измерения реактивного сопротивления катушки;

Z₁ – значение аргумента Z для функции Лапласа

Ф(Z)=  =  = 0,48;

По таблице П.1 приложения для Ф(Z)=0,48 находим Z_XL = 2,05

Отсюда

 

σ(X_L)= = 0,00976 Ом.

Аналгогично для нахождения σ(L) определяем Ф(Z)=  =  = 0,47

По таблице П.1 приложения для Ф(Z)=0,47 находим Z_L = 1,87.

Отсюда

σ(L)= = 0,00106 Гн.

Затем определяем частные производные:

 = = -  = -  = -100.

 =  =  = 9,524.

Наконец, находим СКО

σ(ω) = =

 = 0,9761 Гц.

3)  Определим доверительный интервал для погрешности косвенного измерения частоты.

Для Ф(Z) =  =  = 0,46 по таблице П.1 приложения находим Z_ω= 1,75.

Отсюда

Δ_ω= σ(ω)·Z_ω=0,9761·1,75 ≈ 1,71 Гц.

4)  Записываем результат измерения в стандартной форме:

ω = (10,476  1,71) Гц; Р = 0,92.