Лекция 16 Цифровые вольтметры уравновешивающего преобразования презентация

Содержание

Слайд 1Лекция 16
Цифровые вольтметры уравновешивающего преобразования
КАФЕДРА МЕТРОЛОГИИ И СИСТЕМ КАЧЕСТВА

Слайд 2Цифровые вольтметры уравновешивающего преобразования
В основу цифровых вольтметров уравновешивающего преобразования положен компенсационный метод

измерения. В данных ЦВ измеряемое напряжение Uх уравновешивается компенсирующим напряжением Uк , формируемом с высокой точностью. Uк может изменяться как единичными ступенями, равными шагу квантования, так и неравномерными ступенями, начиная с крупных и заканчивая минимальной по размеру ступенью, равной шагу квантования. Погрешность ЦВ при этом становится соизмеримой с погрешностью меры напряжения


Слайд 3Цифровой вольтметр с уравновешиванием единичными ступенями.

Слайд 4Цифровой вольтметр с уравновешиванием единичными ступенями.
Работа вольтметра осуществляется по тактам, задаваемым

генератором тактовых импульсов ГТИ

Пуск

Стоп

Слайд 5Цифровой вольтметр с уравновешиванием единичными ступенями.
Цифровой код Nx пропорционален Ux:


Погрешность квантования

лежит в диапазоне от 0 до q и может составлять тысячные доли процента.
Например, в вольтметре с пределом измерений 1,9999В, погрешность квантования в относительном виде составляет:


Данная погрешность уменьшается с увеличением числа разрядов.



Слайд 6Цифровой вольтметр с уравновешиванием единичными ступенями.
Другие составляющие погрешности ЦВ:
погрешность δUк формирования

компенсирующего напряжения, обусловленная неодинаковостью и нестабильностью ступеней напряжения;
погрешность δнч , обусловленная порогом чувствительности сравнивающего устройства.
В целом погрешность вольтметра:
δ = δкв + δUк + δнч .

Слайд 7Цифроаналоговый преобразователь
Значительную долю в общую погрешность вносит цифроаналоговый преобразователь, на выходе

которого образуется компенсирующее напряжение.
Цифроаналоговый преобразователь включает в себя источник опорного напряжения Е0 , резистивный делитель напряжения ( с проводимостями g1 - gn ) и набор аналоговых ключей, управляемых сигналами цифрового кода

Слайд 8ЦАП с параллельным делителем напряжения

Слайд 9Эквивалентная схема ЦАП с параллельным делителем напряжения

В эквивалентной схеме gАВ

– суммарная проводимость резисторов, подключенных к шине А, а gBC – проводимость резисторов, подключенных к шине С.

Слайд 10ЦАП
Выходное напряжение Uк :

где I – ток в контуре, равный





Тогда

где G – суммарная проводимость всех резисторов делителя




Слайд 11ЦАП
Проводимость gAB связана с цифровым кодом следующим выражением:

где g0 –

минимальная проводимость;
- весовой коэффициент разряда, а
сумма произведений представляет собой цифровой код Nх .



Слайд 12ЦАП
Следовательно, выходное напряжение прямо пропорционально входному коду:
.

Слайд 13График изменения Uк в зависимости от Nx

Изменение цифрового кода на

1 единицу приводит к ступенчатому изменению уровня выходного напряжения ЦАП на значение величины q.

Слайд 14Однодекадный ЦАП
Для представления одного десятичного разряда необходимы 4 проводимости и

соответственно 4 ключа. Пусть проводимости будут равны:
g1 = g0 , g2 = 2 g0 , g3 = 4g0 , g4 = 2g0.
При этом используется цифровой код с весами разрядов 2-4-2-1.
Сумма проводимостей составляет 9g0 . Для того, чтобы выходное напряжение менялось ступенями, равными 0,1E0 , включается дополнительно еще одна некоммутируемая проводимость g0 .

Слайд 15Однодекадный ЦАП, код 2-4-2-1

Слайд 16ЦАП
Используемые в цифровых вольтметрах ЦАП являются многоразрядными. В этом случае значения

проводимостей последнего разряда отличается от проводимостей предыдущего разряда в 10 раз. Минимальная ступень ΔUк = q обычно составляет 10 мкВ.

Слайд 17Погрешности ЦАП
Погрешность формирования Uк имеет следующие составляющие:
погрешность из-за неточности задания и

нестабильности Е0 ;
погрешность резистивного делителя;
погрешность за счет остаточных параметров аналоговых ключей.
В настоящее время суммарная погрешность доведена до очень малых значений, порядка 0,001%

Слайд 18Быстродействие ЦВ
ЦВ, построенный по принципу уравновешивания единичными ступенями, имеет сравнительно невысокое

быстродействие, даже при достаточно высокой тактовой частоте.

Слайд 19Быстродействие ЦВ
Пример
Частота тактового генератора составляет 10 МГц, т.е. длительность такта Т=0,1

мкс, число десятичных разрядов – 4.
Так как время уравновешивания зависит от Ux, то, очевидно, максимальное число тактов, необходимых для уравновешивания, потребуется, если Ux=Um, где Um – предел измерений.
В нашем случае Nxm=9999. Для отработки 9999 тактов потребуется время:
Тизм = 9999⋅0,1мкс = 999,9мкс ≈ 1млс.
Таким образом, быстродействие С вольтметра составит:


Слайд 20Применение ЦВ
Приборы подобного типа имеют преимущества, если они работают в одноканальной

информационно-измерительной системе, осуществляя слежение за быстроизменяющейся величиной.
Более широкое применение в практике измерений находят цифровые вольтметры и аналого-цифровые преобразователи с порязрядным уравновешиванием, в которых быстродействие может быть значительно выше, чем у рассмотренных ЦВ с уравновешиванием единичными ступенями.

Слайд 21ЦВ поразрядного уравновешивания
В литературе такие вольтметры получили также названия «ЦВ

последовательного приближения», «кодо-импульсные ЦВ», «ЦВ сравнения и вычитания». Отличительной чертой этих вольтметров является то, что формирование компенсирующего напряжения происходит неравномерными ступенями по жесткому алгоритму от старшего разряда к младшему

Слайд 22ЦВ поразрядного уравновешивания

Слайд 23ЦВ поразрядного уравновешивания
Устройство управления осуществляет последовательный перебор ступеней компенсирующего напряжения сначала

старшего разряда, а затем младшего. При этом, если вводимая ступень приводит к тому, что Uк становится больше Uх , т.е. Uх – Uк < 0, то срабатывает сравнивающее устройство, которое воздействует на устройство управления, и данная ступень в следующем такте выключается. Если же
Uх –Uк >0, то сигнал на выходе сравнивающего устройства не появится и вводимая ступень остается включенной

Слайд 24График процесса уравновешивания

Код 2-4-2-1

Слайд 25Быстродействие ЦВ
Сравним быстродействие ЦВ с поразрядным уравновешиванием и ЦВ с уравновешиванием

единичными ступенями.
Если ЦВ содержит 4 десятичных разряда, то его пределу измерения будет соответствовать цифровое код значение 9999. Для формирования одного разряда требуется 4 такта. Таким образом общее количество тактов составляет:
р= 4х4 такта = 16 тактов независимо от значения Uх .
Это означает, что при прочих равных условиях выигрыш в быстродействии составит:
.


Слайд 26ЦВ поразрядного уравновешивания
К преимуществам ЦВ поразрядного уравновешивания относятся:
высокая точность;
высокое быстродействие.
Недостаток: данные

вольтметры не защищены от влияния помех, в силу чего их диапазон измерений уже, чем у интегрирующих цифровых вольтметров, что следует из сравнения единицы младшего разряда: 10 мкВ у первых и 0,1 мкВ у вторых.

Слайд 27Цифровой мультиметр

Слайд 28Цифровой мультиметр

Слайд 29Цифровой мультиметр

Слайд 31Цифровой мультиметр

Слайд 32Цифровой мультиметр

Слайд 33Цифровой мультиметр

Слайд 34Цифровой мультиметр

Слайд 35Цифровой мультиметр

Слайд 36Измерительные приборы фирмы Fluke

Серия 50-II (модели Fluke-52-II, Fluke-54-II) – приборы

с лабораторной точностью измерений (0.05% +0,3оС); широкий дисплей с основным и дополнительным суб-дисплеями, часы относительного времени, 2 выхода, работают со всеми типами термопар

Похожие презентации

Тема урока: 251
Человек будущего 324
Компьютерная индустрия вчера и сегодня 350
Презентация светодиодного светильника серии ССУ 12-220 256
Отношение людей к роботам 225
Светильники компании 216

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика