Вимірювальні перетворювачі струмів і напруг в частоту та часовий інтервал

Частота і часовий інтервал на сучасному етапі розвитку вимірювальної техніки вимірюються з найвищою, порівняно з іншими фізичними вели­чинами, точністю. Тому вимірю­вальне перетворення напруги в частоту або інтервал часу дає змогу використати методи і засо­би вимірювання частоти і часо­вих інтервалів для підвищення точності вимірювання напруги.

Вимірювальний перетворювач напруги в інтервал часу зі сталим нахилом розгортки. Перетвоrрювач (Рис. 2.1.6.8) складається з джерела опорної напруги, вихідне значен­ня U_R якого має високу стабіль­ність і відоме з високим ступенем точності. Перетворювач працює в періодичному режимі, тоб­то цикли перетворення вхідної напруги повторюються зі строго визначеним періодом. На початку кожного робочого циклу формується старт-імпульс і цього моменту напруга Ur. подається на інтегратор, на виході якого формується лінійно-наростаюча (пилкоподібна) напруга U₁ кут нахилу якої прямо пропорційний U_R (Рис. 2.1.6.9). На один вхід ком­паратора подається напруга U₁ а на другий — вимірювана напруга U_х. У момент рівності формується стоп-імпульс, який є ознакою кінця інтервалу часу Т_х. Інтервал часу Т_х триває від старт-імпульсу до стоп-імпульсу і є вихідною ве­личиною даного вимірювального перетворювача.

Вимірювальний перетворювач напруги у частоту зі змінним нахилом розгортки.Перетворювач складається з інтегратора, на вхід якого на початкукожного циклу по­дається вимірювана напруга (Рис. 2.1.6.10).

Під дією вхідної напруги на конденсаторі, увімкненому у коло зворотного зв'язку операційного підсилювача, на­копичується заряд, і напруга U1 на виході підсилювача лінійно зростає. Швидкість збільшення напруги U1 прямо пропорційна вхідній напрузі: U₁=U_x*(t/R₁C₁)

На компараторі U1 порівнюється з опорною напругою U_r.

У момент Рівності напруг (U_R=U₁=U_x*(T_x/R₁C₁)) формується вихідниий сигнал компаратора, який через тригер

від'єднує вхідну напругу від входу інтегратора. Таким чином, тривалість Т_х імпульсів обернено пропорційна вхідній напрузі (Рис. 2.1.6.11):

T_x=U_r*R₁C₁/U_x

а частота — прямо пропорційна вхідній напрузі:

f_x=1/T_x=U_x/(U_r*R₁*C₁)=kU_x

еретворювач напруги в інтервал часу з подвійним інтегруванням. Перетворювач має підвищену стійкість проти дії періодичних завад, оскільки перетво­рює в часовий інтервал не миттєве, а середнє значення сигналу впродовж певного інтервалу.

Перетворювач складається з інтегратора, на вхід якого за допомогою комутатора подається у першому такті

вхідна напруга, а в другому — опорна високостабільна, відома з високим ступенем точності (Рис. 2.1.6.12)

До складу перетворювача входять також компаратор і пристрій для керування (контролер).

Цикл вимірювання складається з двох тактів (Рис. 2.1.6.13). У першому такті з моменту t1 до моменту t2 відповідно до команди контролера за допомогою комута­тора на вхід інтегратора подається вхідна напруга. Кон­денсатор інтегратора впродовж першого такту накопичує заряд, прямо пропорційний середньому значенню напру­ги на інтервалі. Тривалість першого такту задається за допомогою генератора імпульсів з кварцовою стабілізаці­єю частоти і лічильника імпульсів. У момент часу вихід генератора імпульсів під'єднуеться до входу лічильника і на лічильник надходять імпульси з генератора.

У момент t2 коли досягнуто в лічильнику число N₀ (повного заповнення лічильника), формується команда кінця першого такту. В цей момент вмикається на вхід інтегратора замість вхідного сигналу опорний сигнал протилежної полярності. Вихідна напруга інтегратора лінійно зменшується і в момент t3 дорівнює нулю. Цей момент фіксується компаратором. З рівності зарядів, на­копичених на конденсаторі інтегратора впродовж першо­го і другого тактів, випливає

T_x=T_n/U₀*U_x

Таким чином, вихідне значення Т_х перетворювача пря­мо пропорційне середньому значенню вхідної напруги за час Тn є рівнянням вимірювального перетворення.

Якщо на вході вимірювального перетворювача діятиме періодична завада, напруги за період, як зазна­чено, дорівнює нулю. Якщо період завади Т₃ внаслідок не­стабільності відхиляється від періоду інтегрування Тn або перестає бути кратним йому, то дієвість захисту від періо­дичних завад значно зменшується. У сучасних високочут­ливих перетворювачах подвійного інтегрування для підви­щення дієвості захисту застосовується настроювання періоду інтегрування Тn на період наводки Т₃.