возрастет в момент отключения входного напряжения. Разряд с повышенной скоростью заканчивается, как только напряжение «„ достигнет порогового уровня -V„2, фиксируемого компаратором КЪ. По перепаду выходного напряжения компаратора управляющее устройство размыкает ключ SA2 и замыкает ключ SA3.

Поскольку /?з/?2=128, то дальнейший разряд емкости происходит с меньшей скоростью, момент достижения напряжением интегратора нулевого уровня фиксируют компаратором К\- На этом измерения заканчиваются, и затем микропроцессорная система рассчитывает результат.

Учитывая, что в течение измерений приобретаемый конденсатором заряд равен теряемому, получаем

где п - число циклов разряда конденсатора.

Интервалы Т\ п Т2 я Т2 соответствуют целым числам периодов счетных импульсов, поэтому результат их измерений не содержит погрешности дискретизации и только интервал Тз определен с погрешностью дискретизации. Поэтому ri=rti7o; ТгПгТо; Г2 = = П2То; 7з = лз7"о + Ад и

= 0.

/?, i?2 R2 13

Результат измерений

f=0 7(«« + « + W + l> (Ч-З)

рассчитываемый МС, отображается на отсчетном устройстве HG.

Предельная погрешность дискретизации М/цп= UoR\/\28R2, а ее относительное значение

Если, например, принять Uo=Ux и R\ = R2, то относительная погрешность бдп=1/128л1 оказывается значительно меньшей погрешности вольтметра с двойным интегрированием.

В рассмотренной схеме на результат измерений не влияют нестабильности напряжений смещения компараторов К2 и КЗ. Случайная погрешность, обусловленная шумами, уменьшается по сравнению с погрешностью вольтметра с двойным интегрированием, так как за счет многократного частичного разряда конденсатора возрастает интервал Т\.

в рассмотренной схеме уменьшается также погрешность из-за нелинейности, так как в режиме частичного разряда конденсатора можно работать с небольшими перепадами выходного напряжения интегратора, при которых нелинейность амплитудной характеристики операционного усилителя проявляется в меньшей мере.

Построенные по рассмотренной схеме вольтметры характеризуются погрешностью дискретности 10 и погрешностью нелинейности 10". В настоящее время подобные структуры приборов считают наиболее перспективными для построения вольтметров наивысшей точности. Такие вольтметры обычно имеют стандартный интерфейс, чаще всего МЭК, и могут работать в ИВК. В некоторых приборах предусмотрено несколько режимов измерений с разной точностью.

Выводы

Переменное напряжение характеризуют пиковым (амплитудным), средним, средневыпрямленным и среднеквадратическим (эффективным) значениями. Если измерено одно из значений, то по известной форме измеряемого напряжения с помошью коэффициентов амплитуды, формы и усреднения можно рассчитать остальные значения.

Пиковое детектирование выполняют с помощью диодных детекторов больших сигналов с открытым или закрытым входами. Детектор имеет большое входное сопротивление (1...10 МОм), малую входную емкость (0,5...2 пФ) и сохраняет свою работоспособность до частот 1...2 ГГц. Обычно такие детекторы, выполненные в виде выносного пробника, подсоединяют непосредственно к исследуемому устройству. Погрешность коэффициента передачи пиковых детекторов составляет от 1 % на низких частотах до 10...20 % на верхней границе частотного диапазона.

Эффективность пиковых детекторов снижается с ростом скважности исследуемого импульсного напряжения, на погрешность измерений на низких частотах влияет емкость С детектора.

Вольтметры с пиковыми детекторами градуируют в средне-квадратических значениях гармонического напряжения, поэтому амплитуду измеряемого напряжения получают умножением показания прибора на 1,41.

Детекторы преобразователей с нелинейной обратной связью в зависимости от амплитуды измеряемого напряжения могут работать как в линейном режиме, так и в квадратичном. Прибор с таким преобразователем предназначен для измерений только гармонических сигналов, при другой форме появляется значительная погрешность.

Амплитуду повторяющихся импульсов измеряют с помощью компенсационного метода, сравнивая ее с автоматически устанавливаемым компенсирующим постоянным напряжением. Одиночные импульсы измеряют, расширяя их пиковыми детекторами или преобразуя во временной интервал.

Преобразователи средневыпрямленного значения представляют собой двухполупериодные диодные выпрямители. Погрешность преобразования, зависящую от нестабильности вольт-амперных характеристик диодов, снижают, включая диоды в цепь отрицательной обратной связи. Погрешность преобразователей с обратной связью может составлять до 0,01 %, а верхняя граница рабочих частот лежит в пределах 50... 100 кГц.

Среднеквадратическое значение напряжения измеряют тепловыми методами или вычисляют в аналоговой форме. Наиболее употребительный тепловой метод основан на использовании термопар. В таких преобразователях используют отрицательную обратную связь, позволяющую исключать влияние на результат измерений температурной нестабильности термопар и уменьшать время измерений.

Вычислительные методы чаще всего реализуют путем последовательного вычисления логарифма и антилогарифма. Выпускаемые в виде модуля преобразователи имеют погрешность до 0,03 % на низких частотах.

Основным элементом цифровых вольтметров постоянного напряжения является АЦП. Во многих АЦП точных вольтметров измеряемое постоянное напряжение преобразуют во временной интервал, измеряемый затем цифровым методом. Преобразователи, основанные на сравнении измеряемого напряжения с образцовым пилообразным измеряют мгновенное значение напряжения и поэтому непомехоустойчивы. Погрешности, обусловленные смещением нуля усилителей и изменением их коэффициента передачи, в микропроцессорных вольтметрах уменьшают методом образцовых мер.

Наиболее распространены перспективные методы, основанные на интегрировании входного напряжения на интервале, кратном периоду помехи, что позволит исключить влияние на результат измерений периодических наводок на входные цепи прибора и ослабить влияние шумов. Широко используют метод двойного интегрирования и более сложные методы с периодическим неполным разрядом конденсатора интегратора, позволяющие создавать вольтметры с погрешностью 0,001 %.

В микропроцессорных вольтметрах, предназначенных для использования в ИВК, иногда предусмотрено несколько режимов измерений: с пониженной точностью при малом времени измерений и с повышенной точностью со временем до нескольких секунд.