ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛИ ПАРАМЕТРОВ
ЛИНЕЙНЫХ КОМПОНЕНТОВ
Наиболее распространенный способ определения сопротивлений резисторов основан на измерении падения напряжения, созданного на резисторе Rx протекающим через него эталонным током. В зависимости от предела измерения Rx эталонный ток обычно выбирается от 0,1 до 1000 мкА с тем, чтобы падение напряжения на измеряемом резисторе не превышало 0,1 — 0,2 В. Напряжение, образующееся на Rx, усиливается масштабным усилителем, после чего измеряется цифровым вольтметром.
Pиc. 9. Структурная схема цифрового измерителя Rx, Сх
Другие способы определения емкости конденсаторов или сопротивления резисторов основаны на измерении интервала времени, численно равного постоянной времени цепи разрядки конденсатора через резистор. При измерении сопротивления резистора Rx задаются эталонной емкостью С8т и, наоборот, при измерении емкости конденсатора — эталонным сопротивлением. В схеме, при-. веденной на рис. 9, при измерении емкости конденсатора Сх его предварительно заряжают через резистор R3 до напряжения источника стабилизированного напряжения (при этом переключатель S1.1 находится в положении 1). Импульс, вырабатываемый устройством управления в начальный такт измерения, устанавливает счетчик цифрового измерителя интервалов времени в исходное состояние. Импульс управления поступает также на вход 1 счетчика и переводит переключатель S1.1 в положение 2.
Конденсатор Сх начинает разряжаться через резистор RЭT. Напряжение разрядки поступает на вход 1 компаратора. Оно уменьшается по закону
ис = Е еt/т , где т = Сх Rэт.
Ко входу 2 компаратора подводится эталонное напряжение Uar, снимав-мое с делителя R1, R2. Сопротивления резисторов выбираются из условия R2/(R1+R2) = 1/e. При этом ии = Е/е. В тот момент, когда убывающее напряжение на конденсаторе. Сх(ис) сравняется с uR, т. е.
Е/е = Е e-t/т, т = Дt
(следовательно, uc = Ee-i=Ele), на выходе компаратора формируется импульс, поступающий на цифровой измеритель интервала времени.
Он измеряет интервал t=CxRaT. Сосчитанное его счетчиком число импульсов (их частота следования Fсч) равно m = Fcчт.
При фиксированных значениях Rar и Fсч
Cx=m/(RэтFCЧ)=km.
Обычно коэффициент k выбирают кратным 10-n. Изменением числа я можно менять пределы измерения.
Аналогично измеряют сопротивление резистора Rx, используя для этого эталонные конденсаторы Сат.
Рис. 10. Структурная схема цифрового измерителя Сх, Ьх
В цифровом измерителе емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек, структурная схема которого приведена на рис. 10, использован другой принцип преобразования измеряемого параметра в интервал времени. В первоначальный (после включения измерителя) момент времени триггер Шмитта вырабатывает отрицательный перепад напряжения. С выхода инвертирующего усилителя положительный перепад напряжения нормированной амплитуды заряжает конденсатор Сх через эталонный резистор Ran:. Напряжение на конденсаторе Сх растет до тех пор, пока оно не достигнет напряжения прямого переключения триггера, после чего триггер переключится. На выходе инвертирующего усилителя появится отрицательный перепад напряжения, конденсатор начнет разряжаться, ис уменьшится. При достижении ыс = Uвозв триггер возвратится в исходное состояние. Далее цикл повторяется.
Период следования Т выходных импульсов усилителя при фиксированных порогах срабатывания триггера и амплитуде выходных импульсов усилителя будет пропорционален постоянной времени RC цепи. При фиксированных значениях RЭТ период Т пропорционален измеряемому значению С«. Период Т измеряется цифровым измерителем интервалов времени.
На этом же принципе основаны измерения индуктивностей катушек. При этом период Г будет пропорционален измеряемому значению Lx. При измерении индуктивности положительный перепад напряжения, формируемый на выходе инвертирующего усилителя, через контакты переключателя S1.2 подается на цепь Rэт1, Lx. Вследствие появления ЭДС самоиндукции в катушке Lx напряжение на ней будет увеличиваться по экспоненциальному закону, стремясь к значению где Uвых — нормированное напряжение на выходе инвертирующего усилителя; RL — сояротивление катушки индуктивности на постоянном токе.
Это напряжение усиливается усилителем и через контакты S1.1 подается на вход триггера Шмятта. Напряжение на Lx повышается до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя не достигнет напряжения прямого переключения триггера Шмитта, после чего триггер переключится. На выходе инвертирующего усилителя появится отрицательный перепад напряжения. Но напряжение на катушке Lx спадает не мгновенно, а также по экспоненциальному закону. По истечении некоторого времени, определяемого постоянной времени Rэт1Lx, уменьшающееся напряжение на выходе усилителя достигнет UВовв и триггер Шмитта вернется в исходное состояние (напряжение низкого уровня на его выходе). Далее цикл повторяется.
На выходе инвертирующего усилителя будет формироваться последовательность импульсов с периодом следования, пропорциональным измеряемому значению Lx. Период следования измеряется цифровым измерителем интервалов времени.
