Анотація
вимірювальний техніка інтегратор компаратор
В даному курсовому проекті розроблений цифровий вольтметр (ЦВ), працює за принципом подвійного інтегрування і має такі технічні характеристики:
Вид вимірюваного напруги - постійне;
Межі виміру-10-0 В
Точність ізмеренія0.008%
Час ізмеренія0.05 з
Основна елементна база цифрового вольтметра - цифрові мікросхеми ТТЛ логіки. Схема ЦВ передбачає вибір одного з двох меж вимірювання (для більш точного вимірювання малих напруг), захист вхідний ланцюга від перенапруження і подачі напруги зворотної полярності. Для живлення ЦВ розроблена схема блоку живлення, що виробляє всі необхідні для вольтметра напруги
Зміст
Введення
1. Структурна схема цифрового вольтметра
2. Розрахунок основних параметрів вольтметра
3. Схемотехніка вузлів цифрового вольтметра
3.1 Розрахунок вхідного пристрою. Розрахуємо дільник:
3.2 Електронний перемикач
3.3 Інтегратор
3.4 Компаратор
3.5 Тригер
3.8Генератор лічильних імпульсів і пристрій керування
4 Розрахунок похибки вольтметра
5 Розрахунок споживаної потужності ЦВ
6 Блок живлення
Висновок
Література
Додаток А
Додаток Б
Додаток В
Введення
Вимірювальна техніка - один з найважливіших факторів прискорення науково-технічного прогресу практично у всіх галузя
х народного господарства.
При описі явищ і процесів, а також властивостей матеріальних тіл використовуються різні фізичні величини, число яких досягає декількох тисяч: електричні, магнітні, просторові і тимчасові; механічні, акустичні, оптичні, хімічні, біологічні та ін При цьому зазначені величини відрізняються не тільки якісно, ​​але і кількісно і оцінюються різними числовими значеннями.
Встановлення числового значення фізичної величини здійснюється шляхом вимірювання. Результатом вимірювання є кількісна характеристика в вигляді іменованого числа з одночасною оцінкою ступеня наближення отриманого значення вимірюваної величини до істинного значення фізичної величини. Знаходження числового значення вимірюваної величини можливо лише досвідченим шляхом, тобто в процесі фізичного експерименту.
Вимірювальна техніка почала свій розвиток з 40-х років XVII ст. і характеризується послідовним переходом від показують (середина і друга половина XIX ст.), аналогових самописних (кінець XIX - початок XX в.), автоматичних і цифрових приладів (середина XX в. - 50-і роки) до інформаційно-вимірювальних систем.
Кінець XIX в. характеризувався першими успіхами радіозв'язку та радіоелектроніки. Її розвиток призвело до необхідності створення засобів вимірювальної техніки нового типу, розрахованих на малі вхідні сигнали, високі частоти і високоомні входи. У цих нових засобах вимірювальної техніки використовувалися радіоелектронні компоненти - Випрямлячі, підсилювачі, модулятори і генератори (лампові, транзисторні, на мікросхемах), електронно-променеві трубки (при побудові осцилографів) та ін
Розвиток дискретних засобів вимірювальної техніки в даний час призвело до створення цифрових вольтметрів постійного струму, похибка показань яких нижче 0,0001%, а швидкодія перетворювачів напруга-код досягає декількох мільярдів вимірювань в секунду.
Широкі можливості відкрилися перед вимірювальною технікою у зв'язку з появою мікропроцесорів і мікроЕОМ. Завдяки їм значно розширилися галузі застосування засобів вимірювальної техніки, покращилися їх технічні характеристики, підвищилися надійність і швидкодію, відкрилися шляхи реалізації завдань, які раніше не могли бути вирішені.
За широтою та ефективності застосування мікропроцесорів одне з перших місць займає вимірювальна техніка, причому все більш широко застосовуються мікропроцесори в системах управління. Важко переоцінити значення мікропроцесорів і мікроЕОМ при створенні автоматизованих засобів вимірювань, призначених для управління, дослідження, контролю та випробувань складних об'єктів.
Розвиток науки і техніки вимагає постійного вдосконалення засобів вимірювальної техніки, роль якої неухильно зростає.
1. Структурна схема цифрового вольтметра
Структурна схема цифрового вольтметра з подвійним інтегруванням наведена на малюнку 1. Цикл перетворення складається з двох інтервалів часу Т 1 і Т 2 .
На початку циклу пристрій управління виробляє прямокутний імпульс каліброваної тривалості Т 1 , який подається на електронний перемикач. І за час Т 1 з вхідного пристрою через електронний перемикач на інтегратор подається вхідна напруга постійного струму. Починається перший такт інтегрування "вгору", при якому вихідна напруга інтегратора зростає за лінійним законом:
;
де U вих - напруга на виході інтегратора, В;
R - опір, Ом;
C - ємність конденсатора, Ф;
Uвх - Вхідна напруга, В;
t1 - початковий момент інтегрування (момент появи фронту імпульсу Т 1 );
t2 - кінцевий момент інтегрування.
Крутизна цієї напруги пропорційна вхідному напрузі Ux. У момент t 1 (малюнок 2), коли наступило закінчення першого імпульсу, тригер зі стану В«0В» перекидається в стан В«1В», а електронний перемикач відключає вхідна напруга від інтегратора і до інтегратору підключається джерело опорної напруги.
Напруга на компараторі залишається рівним В«1В». І починається другий такт інтегрування "вниз", тому що джерело опорної напруги має протилежну полярність по відношенню до вимірюваному напрузі. Напруга на виході інтегратора лінійно убуває. І в момент t 2 , коли напруга на виході інтегратора буде дорівнює В«0В», тоді компаратор переключиться зі стану В«1В» в стан В«0В». І в цей же момент тригер закриється, тобто на його виході буде стан В«0В» Під час другого такту, коли тригер відкритий, через нього проходять імпульси високої частоти на тимчасовій селектор, тобто у тимчасовому селекторі імпульс, який приходить з тригера, заповнюється імпульсами високої частоти, що приходять з генератора тактової частоти. Це кількість імпульсів пропорційно вимірюваному напрузі.
Початок наступного циклу задається фронтом імпульсу Т 1 .
Рис.
Малюнок 2 - Графіки, що пояснюють принцип роботи вольтметра
2 розр ет основних параметрів вольтметра
Напруга на виході інтегратора при інтегруванні В«вгоруВ» в довільний момент часу (початок відліку часу - момент появи фронту імпульсу тривалістю Т 1 ):
; (1)
де RC - постійна часу інтегратора; t - незалежна змінна величина (час).
В кінці інтервалу інтегрування напруга на виході інтегратора:
;
При інтегруванні "вниз":
;
У момент з урахуванням (1) маємо:
; (2)
Так як процес інтегрування опорного напруги закінчується коли вихідна напруга інтегратора стає рівним нулю, то, поклавши у формулі (2), отримаємо:
(3)
Перепишемо (3) у вигляді:; (4)
де tи - час керуючого імпульсу.
Так як у нас час вимірювання одно 0,05 с., то час першого такту інтегрування одно: с.
Для більш точного розрахунку приймемо с. (виходячи з того, що в мережі існують перешкоди і для зменшення ймовірності їхньої появи Т1 візьмемо кратним періоду коливання (f = 50 Гц, Т1 = 1/f = 0.02 c)).
Для забезпечення заданої точності вимірювання (0.008%), вхідна напруга повинна вимірюватися з точністю 0,0008 В. Отже в схемі індикації ми використовуємо 5 індикаторів. Одному вольт вхідної напруги у нас відповідає Nx = 10000 імпульсів. Так як максимальний час вимірювання Т1 = 0,02 с., То част...
