Цифровой частомер с время-импульсным преобразователем

Принципы построения схем цифровых частотомеров такие же как и АЦП. Однако при измерении низких частот (не более сотен герц) применяют временно-импульсное преобразование измеряемой частоты в количество импульсов, при этом используется обратно пропорциональная зависимость частоты и периода (рис. 3.27).

Напряжение неизвестной частоты f_x подается на вход формирующего устройства (1), которое переменное напряжение произвольной формы преобразует в импульсную последовательность с крутыми передними фронтами. Для этой цели применяют импульсные схемы. Период импульсной последовательности сохраняется равным периоду измеряемого напряжения. Электронный ключ (2) открывается передним положительным фронтом и закрывается положительным фронтом второго импульса. Т.о. электронный ключ оказывается открытым в течение одного периода Т_х. За время Т_х от генератора стабильных кратковременных импульсов (6) на счетчик импульсов (3) поступает соответствующее длительности открытия ключа (2) число кратковременных импульсов. При этом очевидно, что число этих импульсов будет пропорционально периоду Т_х, и обратно пропорционально измеряемой частоте:

,

где f₀ – частота следования импульсов, генерируемая генератором стабильных импульсов (6). Поэтому, чем ниже частота, тем большее число импульсов пройдет на счетчик импульсов (3) и выше точность измерения частоты. Затем число импульсов N_x преобразуется в блоке (4) в десятичный код и подается на цифровое отсчетное устройство (5).

 

ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР

В основе принципа построения цифровых мультиметров, т.е. приборов, измеряющих различные физические величины (постоянные и переменные напряжения и токи, сопротивления, частоты, емкости конденсаторов и др.), лежит способ предварительного преобразования измеряемой величины в напряжение постоянного тока с дальнейшим использованием схемы цифрового вольтметра постоянного тока. Также, как и в АЦП, в цифровых мультиметрах используют время-импульсное или частотно-импульсное преобразование либо принцип поразрядного уравновешивания. Рассмотрим упрощенную структурную схему цифрового мультиметра с вольтметром постоянного напряжения, работающим на принципе время-импульсного преобразования (рис. 3.28).

 

 

Прибор имеет четыре функции:

- измерение постоянных напряжений (переключатель ПР в положении 1);

- измерение переменных напряжений (переключатель в положении 2), при этом применяется специальная схема выпрямления напряжений (10);

- измерение сопротивлений постоянному току, при этом сопротивление в блоке (11) преобразуется в напряжение постоянного тока;

- измерение емкости (переключатель в положении 4), при этом в блоке (12) емкость должна преобразовываться в постоянное напряжение.

Т.о. при измерении постоянных, переменных напряжений, сопротивлений постоянному току и емкостей конденсаторов на вход формирующего устройства (1) подается напряжение постоянного тока, которое пропорционально измеряемой величине. Остальная часть схемы, состоящая из компаратора (2), электронного ключа (3), счетчика импульсов (4), генератора линейно возрастающего напряжения (7), генератора кратковременных стабильных импульсов (8) и блока управления (9), есть схема АЦП (см. п.1), преобразующая напряжение в количество импульсов. Элемент схемы 5 преобразует количество импульсов в десятичный код, значение которого подается на цифровое отсчетное устройство (6).

Достоинства мультиметров: многофункциональность, быстродействие, высокая точность, высокая помехозащищенность, удобство отсчета, т.к. результат измерения высвечивается в десятичной системе счисления, причем одновременно высвечиваются и единицы измерения, т.е. практически исключаются субъективные ошибки и промахи.