MIERNIKI CYFROWE
-CZĘSTOŚCIOMIERZ
Zasadę pracy częstościomierza cyfrowego ilustrują: schemat blokowy i wykresy. Typowe częst. zliczają przebiegi badanego napięcia w określonym czasie(np. jego powtarzającej się amplitudy)
1-wzmacniacz,2-układ formujący I,3-bramka,4- licznik,5- dekoder, 6-ukł. opóźniający,7-kasownik,8- wskaźnik, 9-powielacz i dzielnik częstotliwości,10- układ formujący II,11układ sterowania,12-układ regulacji wskazań,13-generator wzorcowy.
Zasada działania:
Przebieg Ua po wzmocnieniu jest formowany w ciąg impulsów Ub o takiej samej częstotliwości co mierzona; wzorzec częstotliwości wraz z układami powielania i dzielenia częstotliwości wytwarza ciąg impulsów wzorcowych Uc o częstotliwości fw; impulsy te wyzwalają układ sterowania, którym najczęściej jest przerzutnik bramkujący, który wyznacza wzorcowy czas pomiaru Tp, w którym otwarta jest bramka; w czasie jej otwarcia, do licznika doprowadzane są impulsy o częstotliwości mierzonej fx=Nx/Tp, gdzie Nx-liczba zliczonych impulsów, która wyznacza na liczniku wartość mierzonej częstotliwości; układ kasowania doprowadza licznik do stanu zerowego przed otwarciem bramki.
BŁĘDY:
względny pomiaru
δf =Δfx / fx =δTp ± 1/N δTp-b.analogowy, zależy od błędu wzorca częstotliwości δw ≈10-9 oraz od błędu bramkowania δB.
-zliczania
δN = 1/N , który zależy od czasu pomiaru i wartości mierzonej częstotliwości, gdyż:
1/N = 1/ f x⋅ T p.
jest on tym mniejszy im dłuższy jest czas pomiaru(zwykle trwa od 10ms do 10s).
P. S:
Przy częstotliwości większej niż 1GHz stosuje się dzielniki mierzonej częstotliwości.
CZASOMIERZ:
1-układ wejściowy, 2-przerzutnik bramkujący, 3-kasownik, 4-wskaźnik,5-układ formujący,6-bramka, 7-licznik, 8-dekoder, 9-powielacz i dzielnik częstotl, 10-generator wzorcowy.
Zasada działania czasomierza cyfrowego ilustruje rys powyżej zamieszczony.
-czasomierz zlicza w mierzonym czasie 0impulsy powtarzające się z wzorcową częstotliwością fw.
Impulsy wejściowe, wyznaczające początek i koniec przedziału tx sterują przerzutnikiem bramkującym, który wytwarza impuls otwierający bramkę na czas między kolejnymi impulsami wejściowymi, impulsy wzorcowe o okresie T w otrzymywane są z generatora wzorcowego, przechodzą przez bramkę ,która jest otwarta w czasie wyznaczonym przez impulsy wejściowe a następnie do licznika impulsów, który jest uprzednio kasowany przez układ kasowania.
-zakres pomiarowy czasomierza
jest to max przedział czasu który może być zmierzony przez dany czasomierz, zależy od pojemności P. licznika i jednostki pomiarowej czyli okresu wzorcowego T w :
t xm = P⋅ T w
-błąd pomiaru:
δ Tx = ± δw ± δz ± (1/N)
δz - próg nieczułości
P. S:
Ze względu na to że generator wzorcowy jest taki sam jak w czasomierzu co i w częstościomierzu bardzo często buduje się mierniki o dwóch wspólnych funkcjach połączonych w jeden miernik.
-mierzy czas między przejściami przez zero dwóch przebiegów; ma dwa pomiary: okresu i fazy; występuje tu rzecz nie typowa generator wzorcowy o regulowanej częstotliwości nie jest tak dokładny jak ten o stałej częstotliwości.
FAZOMIERZ CYFROWY:
Zasada działania:
1-układ kształtujący I, 2-układ różniczkujący I,3-układ obcinający,4-brakka, 5-licznik, 6-dekoder, 7-wskaźnik, 8-układ kształtujący II, 9-układ różniczkujący II, 10-układ obcinający, 11-generator impulsów wzorcowych
Napięcia między którymi należy zmierzyć przesunięcie fazowe są doprowadzone do wejść I i II , są tu prostowane a następnie różniczkowane i obcinane jednostronnie, otrzymane impulsy są przesunięte względem siebie w czasie, które sterują przerzutnikiem bramkowym. Impuls otrzymany przez przejście u1 przez zero powoduje otwarcie bramki, a impuls otrzymany przez u2 zamyka ją. W czasie otwarcia bramki zliczane są impulsy dopływające z generatora impulsów wzorcowych.
-przełącznik P1 w pozycji wzorcowania dokonuje pomiaru okresu Tx napięć badanych:
T x = N1⋅ T w N1- ilość impulsów
T w- okres wzorcowy generatora
-przełącznik P1 w pozycji pomiaru:
t x = N2⋅ T w
przesunięcie fazowe:
ϕ X = (t x / T x )⋅360° = (N2 / N1)⋅ 360°
W miernikach gdzie chodzi o szybki bezpośredni odczyt, dobiera się częstotliwość wzorcową:
f w = 3.6 ⋅ 10 K ⋅ f x
k- liczba naturalna(2 lub 3);
fx-częst. przebiegów badanych;
w tym przypadku ϕ określone jest przez liczbę impulsów N2
ϕ X = 360N2 / N1 =N2⋅102 − K ,jeśli k=2 to ϕ = N2 i miernik umożliwia szybki pomiar przesunięcia fazowego z błędem nie większym niż ±1°.
Woltomierz cyfrowy.
Mierzy tylko napięcie stałe. W przypadku pomiaru napięć zmiennych zastosowany jest układ przetwarzający (~ =)
Wartość średnia-układ całkujący.
Wartość skuteczna-układy z przetwornikami o kwadratowym przetwarzaniu.
Woltomierze napięć stałych dzielimy na:
-woltom. z przetwarzaniem impulsowo-czasowym
-woltom z przetwarzaniem całkowym analogowo-cyfrowy (układy o podwójnym całkowaniu
-woltom z przetwornikiem kompensacyjnym (porównanie z napięciem wzorcowym)
-woltomierz z przetwarzaniem mieszanym
Woltomierz o podwójnym całkowaniu
W 1 fazie pomiaru zbiera informacje;całkuje napięcie mierzone
W 2 fazie obwody wejściowe są odłączone od źródła i właściwy pomiar odbywa się w fazie 2-ej.Odłączenie powoduje zmniejszenie zakłóceń
Parametry układu całkującego nie wpływają na dokładność pomiaru(R i C nie muszą być dokładne tylko stabilne. Błędy 0.02%-0.5%
Woltomierz o przetwarzaniu impulsowo-czasowym
1-układ sterujący, 2-generator napięcia liniowego, 3-komparator I (porównuje sygnał wejściowy z sygnałem wzorcowym, 4-komparator II (wykrywa moment przejścia przez zero), 5-przerzutnik bramkujący, 6-bramka, 7-licznik, 8-generator wzorcowy
Generator napięcia liniowego składa się z:
-wzorca napięcia stałego
-układu całkującego
Pomiar zaczyna się w momencie przejścia przez zero do momentu zrównania się z Ux.
Liczba zliczonych impulsów
Nx= fw * tx =fw* Ux /A
fw -częstotliwość wzorcowa
A-szybkość narastania,zależy od wzorca napięcia i układu całkującego.Rozdzielczość (najmniejszy przyrost 1mV do 1V).Zakres 1mv do kV. Błąd 0.1mS
Woltomierze kompensacyjne (najdokładniejsze) porównują napięcie mierzone i wzorcowe
Jeśli chcemy uzyskaćdokłądność odczytu 0.001V to musi nastąpić 1000 skoków napięcia wzorcowego. Dokonują tego układy cyfrowo-analogowe (C/A) dzielą wzorzec na równe części.
Skoki nierównomierne.Układ musi pamiętać wszystkie skoki, szybszy niż poprzedni.Błąd 0.001%. Rozdzielczość (1-10mikroV). Zakre
s napięcia (0.1V-2kV). Czas pomiaru (0.1-0.5)s.
Woltomierz kompensacyjny z równomiernym skokiem.
1-kompensator, 2-bramka, 3-licznik, 4-układ sterujący, 5-dzielnik częstotliwości, 5-przetwornik C/A, 6-generator wzorcowy, 7-dekoder, 8-wyświetlacz, 9-UW.
Cyfrowy miernik dobroci.
Q=wL/R=X/R
Cw-nastawny
w-wyłącznik elektroniczny (pobudza układ impulsem prostokątnym