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 f_w; 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 f_x=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

δ_f =Δf_x / f_x =δ_Tp ± 1/N δ_Tp-b.analogowy, zależy od błędu wzorca częstotliwości δ_w ≈10^-9 oraz od błędu bramkowania δ_B.

-zliczania

δ_N = 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 f_w.

Impulsy wejściowe, wyznaczające początek i koniec przedziału t_x 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 = ± δ_w ± δ_z ± (1/N)

δ_z - 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⋅10^{2 − 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

N_x= f_w * t_x =f_w* U_x /A

f_w -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