Електронни цифрови измервателни уреди 1. Общи характеристики на електронните цифрови измервателни уреди Цифрови измервателни уреди представляват апарати за непосредствена оценка, в

които се преобразува непрекъснатата (аналогова) измервана величина в дискретна (цифров код) и след това се преобразува в число (чрез декодиране), съответстващо на входната стойност на измерваната величина.

Поради своята универсалност цифровите измервателни уреди получиха голямо развитие и разпространение през последните години.

Основни предимства на цифровите измервателни уреди са: - универсалност; чрез тях може да се измерват напрежение и ток в постояннотокови

и променливотокови вериги, съпротивление, фаза, честота, мощност и други електрически и неелектрически величини;

- голяма точност (грешки до хилядна от процента); - голямото бързодействие (до 106 – 107 измервания в секунда); - удобна и лесна индикация; - получаването на изходен сигнал удобен за пряко въвеждане в цифрови

изчислителни машини; - висока устойчивост към смущения. Недостатъци: - относително висока цена; - сложно устройство. Цифровите измервателни уреди се характеризират с преобразуване на

непрекъснатите (аналоговите) величини в дискретни (прекъснати). Когато интервалът между които и да са две съседни стойности е постоянен, този интервал XΔ се нарича квант. Поради това преобразуването на непрекъснатите величини X в дискретни често се нарича още квантуване. Полученият числен еквивалент (число) XXN Δ= при квантуване се представя с определени символи. Този процес се нарича кодиране. При кодирането се използват различни бройни системи. В практиката най-широко са разпространени десетичната и двоичната позиционни бройни системи. В десетичната се използват десет символа – от 0 до 9. Всеки символ изразява различно количество в зависимост от мястото си в дадено число. В цифровата техника широко се използва двоичната позиционна система (основата 10 е заменена с основа 2). В позиционните бройни системи всяка по-лява цифра се нарича по старши разряд.

Произволно число N в десетичната система се представя в следния вид:

∑=

−=n

i

iikN

1

1)10( 10. , (5.11)

където е броят на разрядите, e разрядният коефициент, който може да приема стойности от 0 до 9 в i-тия разряд.

n ik

В двоичната система числото N се представя във вида:

∑=

−=n

i

iikN

1

1)2( 2. , (5.12)

където е разрядният коефициент, който може да приема стойности 0 и 1 в i-тия разряд. Приложение намира и така наречената двоично–десетична система, в която всеки десетичен разряд се записва в двоична система (в двоичен код). Двоичната система е удобна за работа, защото позволява постъпващата информация да се запомня и предава с помощта на тригери.

ik

Представянето на числата в една или друга бройна система се нарича кодиране, а обратното преобразуване – декодиране. За същите операции се използват и термините шифриране и дешифриране, а съответните преобразуватели (електронни схеми) –

1

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

шифратори и дешифратори. Цифровите уреди обикновено съдържат и генератори на импулси със стабилна честота, компаратори (схеми за сравняване на два входни сигнала), електронни врати, цифрови индикатори и други.

Според метода на преобразуване на измерваната величина в цифров код цифровите измервателни уреди може да бъдат:

- с непосредствено преобразуване; - с уравновесяване. При първите измерваната величина се преобразува в интервал от време или в

честота, след което се извършва квантуване, кодиране и др. Във втория случай тези операции се извършват едновременно със сравняване на неизвестната величина с еднородна образцова величина.

2. Цифрови честотомери Както беше отбелязано в част 3.5.1 честотата е неелектрическа величина и е

свързана непосредствено с величината време. В цифровата техника измерването на честота, период и време, обикновено е обединено в един уред, който може да работи като честотомер, периодомер или хронометър. Цифровите честотомери не измерват моментната стойност на честотата, а нейната интегрална стойност за определен период от време.

На фиг. 5.11 а е показана структурната схема на цифров честотомер с непосредствено преобразуване и циклично действие. Тя включва:

- формиращо устройство ФУ, което формира правоъгълни импулси (по един импулс за всеки период ТХ на входното напрежение ). Формиращото устройство е изградено върху схема на тригер на Шмит с интегрираща верига на изхода.

fxu

Разстоянието между импулсите е:

X

X fT 1

= ; (5.13)

- електронен ключ (врата) ЕК, представлява електронно устройство с два входа и с един изход. Когато управляващият вход f е свободен (потенциал 0) ключът е отворен и към изхода не се пропуска информация. Когато на входа постъпи импулс с продължителност ТК ключът се затваря и пропуска квантуващи импулси с честота fX от втория (квантуващ) вход b към брояча. След време ТК ключът се отваря отново и към брояча не постъпват импулси. Следователно, ключът пропуска квантуващи импулси с честота

XХ Tf 1= само

при наличие на сигнал на управляващия вход (g); - схема за управление на ключа СУК формира импулс с продължителност ТК (f); - високостабилен генератор на импулси ГИ произвежда високочестотни

правоъгълни импулси с еталонна честота и период . От стабилността на честотата зависи точността на честотомера; грешката на генерираната честота е не повече от 1.10

0f 0T 0f-6;

- честотен делител ЧД с коефициент на делене k намалява честотата k-пъти и

увеличава периода k-пъти, т.е.

0f

0T kffk0= и 0.TkTk = (d); Чрез честотния делител се

задава времето за измерване (периода ТК), скоростта и точността на измерването. Например, при генератор ГИ с еталонна честота 1kHz трябва да се измери честота fx=987,42Hz и времето за измерване е 1s. Показанията ще са:

987987.1. === XK fTN , (5.14) където N е брой импулси, преминали за всеки такт на измерване . Точността на измерване е

sTk 1=Hz1±

9874. Ако времето за измерване е 10s се получава следният резултат:

. Индикаторът ще показва 987,4Hz, т.е. точността е по-висока. Когато .10 == XfN

2

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

не е важна точността, а само стойността на честотата в kHz, времето за измерване се поставя 1ms. Например, трябва да се измери : честота fx=987426Hz

kHzfN X 987.10 3 == − .

ФУ ЕК Б ДШ ЦИ

СУК БУ

ГИ ЧД

ufxa

b

f

c

d

e

g

a)

fx

t

t

t

t

t

t

Tk

Tk

a

Txb

d

e

f

g

^

^

^

^

^

b)

руктурната схема на цифров честотомеФиг. 5.11. Ст р с непосредствено преобразуване и диаграма на работата

одяща бройна

чно-десети

икатор ЦИ, чрез който стойността на измерената честота се представя с десет

- з

нулиращият импулс се задава ръчно (с бутон) или от външен управляващ сигнал

- брояч на импулси Б, на изхода му се формира и запаметява код с подх система, който съответства на постъпилите на входа му единични импулси; - дешифратор ДШ, който преобразува работния код (двоичен или двоичен) в комбинация от цифрови сигнали за управление на цифровия индикатор; - цифров индично число; блок за управление БУ, чре който се нулира резултата от предходното измерване

и се определя периодичността на измерването. Представлява мултивибратор с регулируемо време. БУ може да работи в автоматичен или ръчен режим. В автоматичен режим на работа мултивибраторът задава нулиращите импулси през определен интервал от време, през който се извършват процесите измерване и индикация. В ръчен режим

3

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

(дистанционно), като резултатът от измерването се задържа върху индикатора до постъпване на нов управляващ импулс.

Работата на цифровия честотомер преминава в следната последователност. Блокът за управление БУ формира нулиращ сигнал, който подготвя схемата за управление на ключа СУК за работа. След получаване на старт-импулс СУК формира управляващ импулс на входа f и ключът се затваря за време ТК. Ключът пропуска квантуващи импулси с честота

XХ Tf 1= , които се броят от брояча. При всеки такт на измерване през

електронния ключ преминават N на брой импулси:

XX

K

TTk

TTN 0.

== ; kfNf

ffk

ffN X

X

K

X 0

0

..=⇒== . (5.15)

Не трябва да се забравя, че цифровият честотомер замерва средна стойност на честотата за определен период от време (ТК).

Цифровите уреди се характеризират с грешка като следствие от дискретността, т.е. стойността на измерваната величина може да се определя с точност до един импулс. За цифровия честотомер тази грешка се определя така:

XД fk

fN .1 0==δ . (5.16)

От (5.16) следва, че Дδ ще бъде малка при голям коефициент на деление (при голям период ) и при по-висока стойност на измерваната честота .

k

KT XfПериод на променливо напрежение се измерва с цифрови периодомери. Те не

съществуват като самостоятелни уреди, а са в състава на универсалните честотомери-хронометри. Тяхната структурна схема е аналогична на схемата, показана на фиг. 5.11. Разликата се състои в това, че сигналите постъпващи на входовете b и f си разменят местата. Тогава електронният ключ ще е затворен за време , а броячът ще брои импулси с период за време :

ХT

KT ХT

0.TkT

TTN X

K

Х == , (5.17)

Грешката от дискретност на периодомера се определя така:

0.1

fTk

N XД ==δ . (5.18)

Структурната схема на цифровите хронометри е аналогична с тази разлика, че при тях интервалът от време се появява еднократно. От блока за управление БУ се задават командите “Нулиране”, “Старт” и “Стоп”.

ХT

3. Цифрови фазомери Както беше отбелязано в част 3.5.2 всеки синусоидален сигнал ( )ϕω += tXx m sin се

характеризира с амплитуда, честота и фаза. Текущата фаза ω.t определя състоянието на сигнала в даден момент от време. Началната фаза φ е постоянна и определя момента на преминаване на сигнала през някаква условно приета точка на отчитане. Два хармонични сигнали с еднаква честота, но с различни начални фази се характеризират с фазова разлика

21 ϕϕϕ −= (моментна фазова разлика). Цифровите фазомери се характеризират с преобразуване на фазовата разлика между

две напрежения в друга величина, удобна за непосредствено измерване. Съществуват

4

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

различни схеми за реализация на цифрови фазомери, като общото между тях е, че се измерва определен интервал от време.

В [17] е показана структурна схема на цифров фазомер за измерване на моментната стойност на фазова разлика (фиг. 5.12).

ГИ ЕК Б ДШ ЦИ

СУКФУ1 ФУ2u1

c

f

а b

dT0 (f0)

Ua Ub u2

N

ϕt

a)

t

t

t

t

t

N

b

a

f

^

^

^

^

^

t

+0,5V

-0,5V

u1

u2

Ua

Ub

t1

t2

t3

t4

t5

ϕt

б)

Фиг. 5.12. Структурна схема на цифров фазомер за измерване на моментната стойност на фазова разлика

Напреженията tUu ωsin11 = и )sin(22 ϕω += tUu постъпват във формиращите

устройства ФУ1 и ФУ2, които формират правоъгълни импулси с положителна и отрицателна полярност (по един правоъгълен импулс за всеки полупериод на съответното входно напрежение. Обикновено в състава им влизат и усилватели с цел да се фиксира по-точно момента на преминаване на напреженията през нулата. Схемата за управление на ключа СУК формира импулс с отрицателна полярност и продължителност , при който ключът е затворен и високочестотни правоъгълни импулси с еталонна честота и период от високостабилен генератор ГИ квантуват периода . Към броячът Б постъпват импулси, чийто брой се определя така:

12 ttt −=ϕ

0f

0T ϕt

0. ftN ϕ= . (5.19)

5

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

Ключът се затваря от старт-импулс, който се формира в момента, когато напрежението u1 премине през нулевото ниво в положителна посока, а се отваря от стоп-импулс, образуван от положителния фронт на напрежението u2. Процесът на измерване започва след подаване на нулиращ сигнал и продължава през времето, когато ключът остава затворен (от момента t1 до t2, t3 до t4...). В момента t2 напрежението u2 се нулира,

0=т.е. )sin( +ϕωt . Следователно

ωϕ

ϕ =t , (5.20)

и след заместване в (5.19) се получава:

ϕω

.0fN = . (5.21)

От (5.21) следва, че индикацията е пропорционална на фазовата разлика при условие, че кръговата честота ω и честотата са постоянни. Следователно, този тип фазомери са предназначени за измерване на определена честота. Например, в цифровия фазомер тип ФСТ121 еталонната честота е 180kHz. От фиг. 5.12 б се вижда, че се измерва фазовата разлика между двете напрежения за всеки период, т.е. измерва се моментната фазова разлика.

0f

0f

В [11] е предложена схема на цифров фазомер (фиг. 5.13) с честотен умножител.

ЕК Б ДШ

ЦИЧУ

ФУ1

ФУ2

u1

u2

N

Фиг. 5.13. Схема на цифров фазомер с честотен умножител

Съставът и работата на структурната схема са аналогични на схемата, показана на

фиг. 5.12. Тук квантуването се извършва с честота, пропорционална на входната и по-висока. За тази цел се използва честотен умножител ЧУ. Фазовата разлика е пропорционална на времето 12 ttt −=ϕ между старт-импулса, който се формира в момента, когато напрежението u1 премине през нулевото ниво в положителна посока, и стоп-импулса, образуван от положителния фронт на напрежението u2.

Xft

.2πϕ

ωϕ

ϕ == . (5.22)

Времето 01 ttt −=ϕ се квантува с импулси с период X

X fkT

.1

= . Следователно, към

броячът Б постъпват импулси, чийто брой се определя така:

ϕπϕ .

2. kftN X == . (5.23)

От (5.23) се вижда, че връзката между фазовата разлика и количеството импулси за времето на измерване е линейна.

6

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

4. Цифрови волтметри Първият електронен цифров волтметър е създаден в средата на 20 век. Поради

високата си точност, голямото бързодействие, универсалност и редица други положителни качества цифровите волтметри са едни от най-разпространените цифрови уреди днес. Създадени са различни схемни решения за цифрови постояннотокови волтметри, които може да се класифицират в две основни групи: времеимпулсни и компенсационни. При първата група напрежението се преобразува в пропорционален интервал от време, който се запълва с импулси с определена честота. При втората неизвестното напрежение се измерва чрез сравняване с еталонно напрежение.

4.1. Цифрови волтметри с двойно интегриране При тези волтметри напрежението се преобразува в еквивалентен интервал от време

, който се квантова с импулси за да може да бъде измерен. Структурната схема на цифров волтметър с двойно интегриране е показана на фиг. 5.14. ХT

Генераторът на импулси ГИ генерира импулси с еталонна честота и период , които се подават към електронния ключ ЕК и честотния делител ЧД с коефициент на делене k. ЧД формира тактов импулс . Под действие на предния фронт на импулса от честотния делител, превключвателят Кл се включва в положение 1 за време . Неизвестното напрежение U

0f 0T

ИТИТ

X постъпва в интегратор И.

1ЕК Б

ДШ

ЦИЧД

ИСС

ГИ

NИUХ

-U02

Кл UИ

f0T0

TИ

ba“старт”

“стоп”

Фиг. 5.14. Структурна схема на цифров волтметър с двойно интегриране

В съвременните цифрови волтметри за извършване на интегрирането се използват

интегриращи операционни усилватели. На фиг. 5.15 и 5.16 са показани опростена схема и временна диаграма, поясняващи работата на операционния усилвател при преобразуване на напрежението във време.

При голямо входно съпротивление R за изходното напрежение от интегратора се получава:

Иu

∫−=ИT

XИ dtURC

u0

.1, (5.24)

където CR.=τ е времеконстантата на интегратора. В края на тактовия импулс изходното напрежение достига стойността:

ИX

mИ TCR

UU ..

−= . (5.24а)

където UX е средната стойност на напрежението за време ТИ.

7

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

+

-

RN

UИЗХ

RX

UСТ

Фиг. 5.15. Схема, поясняваща работата на операционния усилвател

t

t

uИ

TИ TХ

UИm

t

T0

a

b

N

“старт

”

“стоп”

Фиг. 5.16. Времева диаграма, поясняваща работата на операционния усилвател при

преобразуване на напрежението във време При край на тактовия импулс ключът Кл се превключва в положение 2, а

електронния ключ ЕК получава импулс “Старт” от честотния делител. В интегратора постъпва стабилизирано напрежение , чиято полярност е обратна на измерваното . Напрежението на изхода на интегратора започва да намалява

0Uи

XU

И

tRCUT

RCU

RCtUUu И

XИтИ ... 00 −=−= , (5.25)

като след време достига стойност ХТ 0=Иu (фиг. 5.16). Тогава измервателната схема за сравняване (компаратор) ИСС изработва импулс “стоп” и електронния ключ ЕК се отваря.

При и 0=Иu XTt = от (5.24а) и (5.25) се получава:

XИX TUTU .. 0= , (5.26) и средната стойност на e: XU

И

XX T

TUU 0= . (5.27)

През времето през електронния ключ ЕК преминават импулси, произвеждани от генератора ГИ с период (фиг. 5.16). Техният брой е:

ХТ

0Т

8

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

000 ..

TUTU

TTN И

XX == (5.28)

Тъй като честотния делител ЧД има коефициент на деление К, а

2.

20ТkТT К

И == , то броячът ще отброи:

XUUkN ..2 0

= . (5.29)

Стръмността на линията на нарастване на изходното напрежение от интегратора зависи от стойността на измерваното напрежение (фиг. 5.16). При по-голямо напрежение стръмността е по-голяма, но времето за нарастване е постоянно (времето ТИ). Наклонът на спадане на изходното напрежение се получава при диференциране на израза 5.25. Този наклон е постоянен, така че времето ТX се променя в зависимост от стойността на напрежението . Наличието на тези два етапа (интегриране ТXU И и измерване ТX) са дали името на този метод - с двойно интегриране.

UX ВУ ИСС1

ГТН БУГИ

ЕК Б ДШ

ЦИ

N

uУ

uУ

UГТН UX

u

t

TХ

T0

N

“старт

”

UX

UГТН

UГТН

“стоп”

UX

t

uУ

t

UИСС

UЕК

UИ

t

t

Фиг. 5.17. Схема цифров волтметър, с която се реализира времеимпулсният метод

Голямата стабилност на и , както и извършване на осредняващо действие на

интегратора, с което се отстранява влиянието на смущаващите шумове, са причина за голямата точност на тези волтметри. Те се произвеждат обикновено с клас на точност 0,01 и 0,001.

0U k

В [9] е показана друга схема цифров волтметър, с която също се реализира времеимпулсният метод (фиг. 5.17).

Измерваното напрежение през входно устройство ВУ се подава към измервателната схема за сравняване (компаратор) ИСС. В същата схема постъпва и трионообразно

9

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

напрежение . Блокът за управление БУ изработва стартов импулс, с който се нулира броячът, запуска се генераторът на трионообразно напрежение и се затваря електронният ключ ЕК. Генераторът на импулси ГИ генерира импулси с еталонна честота и период

, които преминават през електронния ключ ЕК до постъпване на “стоп” импулс от компаратора. Броят им се регистрира от брояча и след дешифриране се изобразява стойността на напрежението върху индикатора. Схемата за сравняване изработва “стоп” импулс при изравняване на стойностите на двете напрежения и . Така измерваното напрежение се превръща във временен интервал, след това в цифров код, който след дешифриране показва стойността на напрежението.

ГТНU

0f

U

0T

XU ГТН

Блокът за управление БУ може да работи в ръчен или автоматичен режим. За 1s може да се извършат над 10 измервания.

4.2. Компенсационни цифрови волтметри В глава 4 беше показано, че компенсационните методи принадлежат към най-

точните и съвършени методи. Принципът на работа на компенсаторите за постоянно напрежение се основава на нулевия сравнителен метод. Измерваното (неизвестно) напрежение XU се компенсира с регулируемо образцово (известно) напрежение . NU

При разработване на компенсационни цифрови волтметри конструкторите са използвали два подхода: уравновесяването се извършва равномерно или поразрядно. Опростената структурна схема е една и съща, като разликата е в работата на блока за управление на уравновесяването (фиг. 5.18).

Структурната схема включва схема за сравняване ИСС (компаратор), в която постъпват измерваното напрежение и компенсационното . Разликата

постъпва в управляващия блок БУ и той изработва код , насочен към намаляване на тази разлика .

XU NU

KNNX UUU −=ΔUΔ

ИСС БУ ДШ

ЦИПКНЦАП

UХ

UN

NKNX UUU −=Δ

Фиг. 5.18. Структурна схема на компенсационен цифров волтметър

Преобразувателят на код в напрежение ПКН (цифрово-аналогов преобразувател)

преобразува кода в нова стойност на компенсиращото напрежение , по-близка до . Тези операции се повтарят докато разликата

KN NU

XU NX UUU −=Δ се нулира (постигане на равенство ). Тогава блокът за управление БУ подава сигнал към дешифратора ДШ за дешифриране на кода и стойността на измерваното напрежение се изписва на индикатора ЦИ.

NX UU =

KN

Недостатък на уредите с равномерно уравновесяване е, че кодът нараства с еднаква стъпка при всеки цикъл и е необходимо определено време за достигане на равновесие.

KN

При волтметрите с поразрядно уравновесяване се постига компенсиране на най-старшия разряд с големи стъпки на и , след това се преминава към по-младшия KN NU

10

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

разряд с по-малки стъпки и т.н. Например, ако се измерва напрежение първо се уравновесяват стотиците, след това се работи със стъпки кратни на 10 и последно със стъпки кратни на 1. Това ускорява процесът на уравновесяване и отчитане.

VU X 228=

Цифровите волтметри с поразрядно уравновесяване сe характеризират с висока точност (клас на точност 0,001) и скорост на измерването, но отстъпват на волтметрите, реализирани по времеимпулсният метод по шумозащитеност особено при малки обхвати.

Цифровите волтметри за променливо напрежение се състоят от преобразувател на променливо напрежение в постоянно и цифров волтметър за постоянно напрежение. Точността им зависи от качествата на входния преобразувател и е по-малка от точността на волтметрите за постоянно напрежение. За измерване на напрежения с честота от 30Hz до 3000Hz са релизирани волтметри, чиято грешка е около 0,005%. С увеличение на честотния диапазон грешката нараства.

5. Цифрови амперметри и омметри Цифровите амперметри и омметри почти не се произвеждат като самостоятелни

уреди, а обикновено влизат в състава на комбинираните цифрови прибори (мултицети). Изключение правят някои уреди със специално предназначение в промишлеността.

Методите за измерване на електрически ток са разгледани в част 3.1. Цифровите амперметри се строят на базата на цифровите волтметри, които измерват пад на напрежение върху еталонно съпротивление (шунт), а индикацията е в единици за ток. Характеристиките на цифровите амперметри зависят основно от качествата на използваните шунтове, които трябва да бъдат с малко съпротивление, с висока точност и мощност.

Цифровите омметри използват метода на преобразуване на съпротивлението в напрежение, което се измерва с цифров волтметър. Съществуват различни начини за извършване на това преобразуване. Един от разпространените способи е с използване на операционен усилвател, в чиято верига за обратна връзка е включено измерваното съпротивление, а на входа е подадено еталонно напрежение. С цифров волтметър се измерва изходното напрежение на усилвателя.

EX

ИЗХ URRU .

1

= ; ИЗХE

X UURR .1= , (5.30)

където e еталонно напрежение, е входното съпротивление на усилвателя. EU 1RОт (5.30) се вижда, че зависимостта между неизвестното съпротивление и

измереното напрежение е линейна и индикацията на цифровият волтметър може да е в единици за съпротивление.

6. Микропроцесорни цифрови уреди Бързото развитие на интегрални схеми и микропроцесорите доведе до тяхното

поевтиняване и разширяване на приложението им. Използването на микропроцесорите в измервателните устройства е масово. Това улеснява процеса на управление на измерването, създава възможност за автоматизиране работата на уредите и процесите на измерване, позволява бързо обработване и систематизиране на получената измервателна информация, повишава значително метрологичните характеристики на уредите.

Прилагането на микропроцесорите разкри нови възможности и подходи за изграждане на цифрови измервателни уреди. Обикновено, микропроцесорът представлява полупроводников уред, изпълнен на основата на една или няколко програмируеми големи интегрални схеми и е предназначен за обработване на информация в цифров вид. За тази цел микропроцесорът се свързва с допълнителни устройства в микропроцесорни системи. Към тези допълнителни устройства се отнасят постоянна и оперативна памет, устройства

11

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

за съгласуване интерфейси за входа и изхода, шини (вериги или линии), по които се предават данните за адреси и управление, генератор на тактови сигнали, необходими за управл

а я в

а обрабо

, честот фазова разлика, мощност, електрическа енергия и други величини.

ови електр

днофазен цифров електромер, а на фиг. 5.19 б е илюстриран принципът му на действ

йст

тркато с т

с

резистори, които при измерваните на практика токове биха имали

в ата края на които с

п

в м Пр

ение на всички устройства в микропроцесорната система. В състава на обща структурна схема на микропроцесорен цифров волтметър влизат

входно устройство, аналого-цифров преобразувател, микропроцесор и дисплей. Входното устройство е аналогов преобразувател, а също така е предназначено за преобразуване на променливо напрежение в постоянно. От входно устройство постоянното напрежение постъпв в аналого-цифрови преобразувател, който се преобразува в цифров код и се подава в интерфейса на микропроцесора. Той управлява продължителността на интегрирането и изработва съответните сигнали за входа на цифровата информация. За отразяване на резултатите от измерването се използва цифров дисплей, който може да показва цифри, единиците за измерване, думи и букви. Съвременните цифрови микропроцесорни волтметри са многофункционални измервателни уреди. Те позволяват да се умножава или дели входното напрежение на постоянна величина, да се изчислява отклонението на резултата от зададена стойност, да се определя отношение на величините и техните средни, ефективни и амплитудни стойности, да се извършва статистическ

тка на резултатите от измерването, да се запомня цифровата информация и други. Освен цифрови микропроцесорни волтметри са разработени и комбинирани

цифрови микропроцесорни уреди за измерване на напрежение, ток, съпротивлениеа, 7. Електронни цифрови електромери [2] Широко приложение за измерване на електрическата енергия в еднофазни и

трифазни промишлени и битови електрически вериги получиха електронните цифромери, които изместват индукционните електромери, използвани масово досега. Принципът на работа е аналогичен на този на времеимпулсните електронни

волтметри. Измерваният ток се преобразува в пропорционален интервал от време, който се запълва с импулси с определена честота. На фиг. 5.19 а е показана обща структурната схема на е

ие. Схемата на електронен цифров електромер включва: - входно устро во ВУ, което преобразува стойността на консумирания ток XI в

пад на напрежение XU . Преобразувателят може да бъде с датчик на Хол, с токов трансформатор или с резисторен делител. По-голямо приложение намират последните два вида поради своите по-добри качества. Токовите ансформатори са с феритна тороидална сърцевина, проводника измервания ок XI преминава през отвора на тороид а паралелно на вторичната намотка се свързва резистор малка стойност на съпротивлението, върху който се формира пад на напрежение XU , пропорционален на тока XI протичащ към консуматора. Използването на токов трансформатор в цифровия електромер е много удобно, тъй като позволява включването му към контролираната верига без прекъсване на силовите захранващи проводници (единият от проводниците се прокарва през отвора на магнитоправода) и същевременно премахва необходимостта от използване на мощни шунтови

а,

твърде големи размери. Резисторните делители представляват медни масивни пластини, две получава пад на напрежение пропорционално на измервания ток XI . - широчинно-импулсен модулатор ИМ, който изработва равоъгълни импулси.

Дължината на тези импулси зависи от нивото на входния сигнал XU , който от своя страна е пропорционален на консумирания омента ток XI (фиг. 5.19 б). и увеличаване на

12

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

стойността на консумирания ток XI (по-голяма амплитуда на XU ) дължината на импулсите нараства, при по-малка консумация – намалява. Импулсният модулатор се състои от еднопътен изправител, който пропуска само положителна полувълна а входния сигнал Xu и ограничител по амплитуда на получения импулс Иu с период ХТ . Изходът на ИМ се използва като разрешаващ сигнал за работата на генератора на импулси ГИ и по този начин при по-голям коефициент на запълване (по-голяма консумация на електрическа енергия) след генерат

т

лси,

а н

излизат по-голям брой импу при по- запълване, по- брой импулси.

ора а малкомалък

ВУ ИМ ГИ ЧД

БДШЦИ

IX UXTИМ

T0

uX

t

t

T0uГИ

uИМ

TИМ

Фиг. 5.19. Схема на електронен цифров електромер

им(с нна

- генератор на импулси ГИ със стабилизация по честота. Честотата на пулсите 0f

ъответно 0T ) е строго постоя и е значително по-голяма от честотата f (съответно Т ) на входното напрежение XU , което е пропорционално на консумирания ток XI . Генераторът се отпушва само при постъпване на импулс от импулсния модулатор. При -по

на

яща

голяма

пореди

од бройна

дължината на импулса на изхода се получават по-голям брой импулси с честота 0f . - честотен делител ЧД за намаляване на честотата с необходимия коефициент. Тъй

като честотата на импулсите, с които се отчита консумираната електрическа енергия е значително по-малка от честотата на импулсите след генератора, се налага включването

ца от последователно свързани делители на честота след генератора на импулси. - брояч на импулси Б, на изхода му се формира и запаметява код с подх система, който съответства на постъпилите на входа му единични импулси;

13

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

14

фрови сигнали за управление на цифровия индикатор;

бъдат еднотарифни, двутарифни и иги

е включи към Система за автоматично отчитане (AMR). AMR озволява електромерите да бъдат отчитани дистанционно чрез радио, мрежа за връзка или тел

. Учебное пособие. М.:

е системы. Тематические лекции: Учебное

dav.narod.ru/signals/index.html. ков, ТУ,

офия, Техника, 1977.

мен, 2009. менов Е. И., Цветков Э. И.; под ред. Э. И.

, 1990.

во радио и телевизионно разпръскване, Диос, С., 2010. 324 стр. каталог «Мир связи и

мерений и

нир Ф. В., Радиотехнические измерения. Москва, Связь, 1980. ника,

еских систем. Справочник, М., Радио и связь, 1985. ражнения по електрически

ndon, 1988. and

dition, Prentice-Hall, 2001. 20. Mazda F. F., Electronic instruments and measurement techniques. Cambridge

university press. 1990.

- дешифратор ДШ за преобразуване на работния код (двоичен или двоично-десетичен) в комбинация от ци

- цифров индикатор ЦИ, чрез който стойността на измереното напрежение се представя с десетично число.

Разработени са както еднофазни електромери, така и трифазни електромери за активна и реактивна енергия, които могат датритарифни. Схемите на свързване на цифровите електромери към електрическите верса същите както при индукционните електромери. В цифровите електромери е предвиден импулсен изход или инфрачервен порт с цел да може електромера да сп

ефонна линия.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Ананченко В. Н., Гофман Л.А. Теория измерений

Высшая школа, 2001. 2. Георгиев Г. П., Електрически измервания, 2005. 3. Давыдов А. В., Сигналы и линейны

пособие в электронной форме. – Екатеринбург, УГГУ, ИГиГ, 2008, http://www.pro

4. Електрически измервания – под общата редакция на проф. Борис МатраСофия, 1999.

5. Електрически измервания – под общата редакция на проф. Александър Балтаджиев, С

6. Желев С. С. Надеждност и експлоатация на комуникационната апаратура. ВИ, София, 2001.

7. Желев С. С. Електрически измервания. УИ ”Е. К. Преславски”, Шу8. Журавин Л. Г., Мариненко М. А., Се

Цветкова. Методы электрических измерений: Учеб. пособие для вузов Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение

9. Козлов М. Г., Метрология и стандартизация Учебник Московский государственный университет, 2002.

10. Конов, К., Цифро11. Котельник О. В. Общие вопросы измерений Справочник-

информации» № 3, 2000 г. 12. Кравцов А. В., Электрические измерения, Москва, 1988. 13. Куликов К. В., Курс лекции: Основы метрологии, электрических из

стандартизации. Ивановский государственный энергетический университет, 2005. 14. Куш15. Матраков Б.И., Русев Д.С., Туренков В.Н., Електрически измервания, Тех

София, 2000. 16. Надеждность технич17. Русев Д.С. и други, Ръководство за лабораторни уп

измервания, ТУ София, 2000. 18. Brindley K., Sensors and transducers, Lo19. Bernard Sklar, Reed-Solomon Codes, Digital Communications: Fundamentals

Applications, Second E

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY

DO N

OT C

OPY