На відміну від схеми вимірювання струму , схема вимірювання напруги має додатковий опір Rд до нагрівача. Для розширення меж вимірювання струму компаратором можна застосувати шунти. Похибки вимірювання змінного струму та напруги залежать в основному від рівності значень коефіцієнта перетворення Ктп - на постійному і змінному струмі. Вони зростають із збільшенням частоти внаслідок впливу поверхневого ефекту в нагрівачі і паразитних провідностей. Для підвищення точності “запамятовування” е.р.с. Ет замість мілівольтметра використовують компенсатор постійного струму.
Промислові зразки термоелектричних компараторів забеспечують вимірювання змінного струму і напруги в межах від 2-10-5 до 10 А та від 0.05 до 300 В з похибкою порядку 0.05-0.2 % в діапазоні частот 20Гц - 200 кГц. Вони використовуються в основному для градуювання та перевірки найточніших амперметрів та вольтметрів змінного струму (особливо на підвищених частотах) .
Особливості вимірювань несинусоїдних струмів та напруг.
Для вимірювань несинусоїдних струмів і напруг слід користуватись приладами , робочий частотний діапазон яких охоплює всі ті гармонічні складові досліджуваного сигналу, нехтування якими може викликати недопустимо великі похибки вимірювання . таким чином найбільш раціонально застосовувати прилади , які мають широкий робочий діапазон частот. Зокрема , для вимірювання діючих значень несинусоїдних струмів і напруг найкраще користуватись термоелектричними та електростатичними приладами , для вимірювання середніх значень - спеціальними випрямними та електронними , шкали яких градуйовані в середніх значеннях, а для вимірювання амплітуди значень напруг - електронними піковими вольтметрами.
Переважна більшість випрямних та електронних (в тому числі цифрових) приладів
мають шкали , градуйовані в діючих значеннях змінного струму і напруги , хоча насправді їх покази пропорційні середнім або амплітудним значенням . Незважаючи на широкий робочий діапазон частот, такі прилади не слід застосовувати для вимірювання діючих значень несинусоїдних струмів і напруг , тому що вони градуюються лише строго для синусоїдної форми кривої і при вимірювання несинусоїдних струмів і напруг можуть давати значні похибки.
Наприклад , похибка спричинена відхиленням форми кривої досліджуваного сигналу від синусоїдної для приладів , покази яких пропорційні середнім значенням
= ((1.11- Кф)/Кф)*100,
де 1.111 і Кф - відповідно коефіцієнти форми кривої для синусоїди та досліджуваного сигналу , а для приладів , покази яких пропорційні амплітудним значенням ,
а = ((Ка-2) / 2)*100,
де Ка - відношення амплітудного значення досліджуваного сигналу до діючого (коефіцієнт амплітуди , або пікфактор).
Враховуючи сказане , для вимірювань діючих значень несинусоїдних струмів і напруг слід використовувати лише ті випрямні й електронні прилади (в тому числі і цифрові) , які призначені для цього і покази яких не залежать від форми кривої досліджуваного сигналу.
Для спостереження та реєстрації миттєвих значень несинусоїдних струмів і напруг можна користуватись електронними та електростатичними осцилографами.
1.2 Прецизійний мікропроцесорний вольтметр .
Структурна схема мікропроцесорного вольтметра показана на рис. 1.2.6. Використання МП дозволило вмістити в одному пристрої функції декількох вимірювальних приладів : цифрового вольтметра постійного струму , автоматичного потенціометра ; диференціального компаратора напруги ; вимірювача відношення напруги ; вимірювача потужності ; вимірювача нестабільності . Співвідношення автоматичної корекції похибки з високо лінійним цифро аналоговим перетворювачем , який виконується на основі індуктивних подільників напруги , дозволило досягнути високих метрологічних характеристик . В приладі реалізований компенсаційний метод перетворювача
Мікропроцесор використовується як для виконання функцій управління і обробки вимірювальної інформації, так і для сервісних функцій.
Режими роботи приладу задаються або оператором або дистанційно від зовнішніх пристроїв через інтерфейс типу ЛКП. Мікропроцесор переводить прилад у відповідний режим роботи , який розшифровує стан органів управління . Органи управління мікропроцесорного вольтметра виконані у вигляді перемикачів кнопочних без фіксації стану.
В залежності від вибраної швидкодії (час вимірювання встановлюється 0.1; 1 і 10 с) в приладі передбачено забезпечення чутливості , яка відповідає 4.5 ; 6.5 і 7.5 десятковим розрядам в межах 100 мВ ; 1 В ; 10 В ; 100 В , при цьому вимірювання здійснюється або в два такти , або в три такти , або в три такти з усередненням.
Вхідні наруги через перемикач П поступають на АЦП. В першому такті визначається два старших значущих розрядів. Інформація з виходу АЦП через МП поступає на вхід ЦАП1 . На виході ЦАП1 формується різницевий сигнал , який через перемикач П поступає на вхід АЦП. В другому також відбувається перетворення отриманої різниці в код і визначення двох наступних значущих розрядів . Цей код поступає на ЦАП2. На виході ЦАП2 формується різниця між вихідними напругами ЦАП1 і ЦАП2. Отримана різниця в третьому такті через перемикач П перетворює АЦП в код , який поступає в МП . Мікропроцесор використовується як для управління АЦП і ЦАП, так і для отримання результативного коду. Для підвищення точності в приладі передбачено усереднення від 10 до 100 вимірювань.
Спрощена структурна схема програми вимірювання показана на рис.1.2.2 . Обчислення Nx - Nдр відповідає проведенню корекції адитивної похибки. Ця операція проводиться в будь-якому режимі вимірювання. При роботі приладу в три такти вимірювання (n1=1) або при роботі з усередненням (n2 = 10...100) , коли необхідно забезпечити відповідно 6.5 і 7.5 десяткових розрядів , передбачена корекція мультиплікативної похибки - операція (ХК).
ні так
2. Опис структурної схеми проектованого пристрою.
Структурна схема - це ряд елементів , кожний з яких можна представити як окремий пристрій , що виконує свої визначені функції.
Розроблений пристрій повинен містити наступні структурні блоки :
1 Вхідний блок. Призначений для перетворення вхідної напруги до нормалізованого , яке можна подавати на вхід схеми АЦП. Крім цього даний блок узгоджує вхідний і вихідний опір схеми.
2 Блок АЦП. З допомогою якого відбувається перетворення значень напруги що поступає з вхідного блоку в код. N - розрядний вихідний код АЦП через буферні схеми подається на системну шину даних (ШД)
3 Блок арифметичних операцій. На даному етапі відбувається обчислення діючого значення напруги. Обчислення СКЗ здійснюється послідовністю арифметичних операцій , що реалізуються формулою :
Uскз = (1/M)I=1m*U12 (2.1)
Даний блок реалізується в МП програмно
4 ROM (Read Only Memory) - постійна пам'ять , призначена для зберігання коду програм та деяких даних про систему (системних констант). ROM через шинні формувачі під'єднюється до системної шини даних ШД.
5 RAM (Random Access Memory) - необхідна для зберігання оперативних даних , результатів вимірів та ходу програми RAM підєднюється до ШД.
На рис. 2.1 зображена структурна схема пристрою перетворення СКЗ напруги спроектованого на базі МП комплекту.
МП - мікропроцесор;
СУ - сигнали управління;
СІ - системний інтерфейс;
ШУ - шина управління;
ШД - шина даних ;
ША - шина адреса.
3 Алгоритм роботи проектованого пристрою.
Послідовне включення операційного підсилювача з 100% зворотнім зв'язком збільшує вхідний опір приладу до десятків МОм , що практично виключає спотворення вхідного сигналу самим пристроєм вимірювання.
3 На АЦП за час з відбувається перетворення аналогового сигналу в N - розрядний код , який через буферні регістри зчитується по ШД мікропроцесором. Час дискретизації 0 залежить від виду використовуваного АЦП. Кількість розрядів АЦП N - вибирається з умови забезпечення необхідної точності квантування .
4 Обчислення СКЗ напруги буде проводитись на підставі М вибірок (значень) величини U(t) виміряних протягом одного періоду напруги U(t)
М - кількість вибірок за період Т ;
H - крок інтегрування
За період Т в МП з АЦП поступає М вибірок , які записуються послідовно з RAM.
5 При поступленні М-ої (останньої за період) вибірки МП відключає АЦП від системної ШД і починає обробку прийнятих даних з метою обчислення СКЗ напруги. При цьому МП буде виконувати наступну послідовність дій :
- підсилення значення всіх вибірок до квадрату ;
- сумування квадратів вибірок ;
- ділення суми на кількість вибірок М;
- добування кореня квадратного з діленого.
6 Обчислений результат (діюче значення напруги) зберігається в спеціальній області оперативної памяті.
7 Для здійснення наступного виміру алгоритм починається з пункту 1.
Для обчислення інтеграла можуть використовуватись різні чисельні методи :
а) Метод прямокутників.
б) Метод трапецій :
с) Метод Сімпсона:
4 Розробка апаратної частини.
Центральний МП буде виконувати наступні функції :
Страницы: 1, 2, 3
