Цифровий вольтметр: види, схема, опис

Цифровий вольтметр є досить затребуваним приладом. Він призначений виключно для визначення напруги, яке є в електричної ланцюга. Підключення цифрового вольтметра може здійснюватися двома способами. У першому варіанті він встановлюється паралельно ланцюга. Другий спосіб передбачає під'єднання приладу безпосередньо до джерела електроенергії. Особливість цифрових вольтметрів полягає в зручності використання. Додатково вони мають досить великий показник внутрішнього опору. Це вкрай важливо, оскільки даний параметр впливає на точність пристрою.

Які типи бувають?

Всі вольтметри можна розділити за видом вимірюваної величини. Основними типами вважаються пристрої постійного, а також змінного струму. Перший вид, в свою чергу, ділиться на випрямні, а також квадратичні прилади. Додатково існують імпульсні вольтметри. Відмінною їх особливістю є вимірювання радіоімпульсних сигналів. При цьому виміри напруги вони можуть проводити як постійного, так і змінного струму.

Схема цифрового вольтметра

Звичайна схема цифрового вольтметра заснована на дискретних величинах. Важливу роль у ній відіграє вхідний пристрій. При цьому керуючий пристрій взаємодіє з цифровим відліковим блоком через десяткові числа. Особливість вхідного пристрою полягає у високому дільнику напруги. Якщо робота зводиться до визначення змінного струму, то воно працює як звичайний перетворювач. При цьому на виході виходить постійний струм.




В цей час центральний блок займається аналоговим сигналом. У цій системі він представлений у вигляді цифрового коду. Процес перетворення властивий не тільки вольтметрам, але і мультиметрам. У деяких моделях пристроїв застосовується двійковий код. У такому разі процес отримання сигналу значно спрощується, і перетворення відбувається значно швидше. Старі моделі вольтметрів працювали виключно з десятковими числами. При цьому проводилася реєстрація вимірювальної величини. Додатково схема цифрового вольтметра має в собі центральний блок, який відповідає за всі важливі вузли приладу.

Цифрові перетворювачі вольтметрів

На сьогоднішній день існує безліч різних типів перетворювачів, які встановлюються в вольтметри. Найбільш поширеними вважаються времяимпульсние моделі. Додатково існують кодоимпульсние перетворювачі. Відмінною їх рисою від інших пристроїв є можливість займатися поразрядним зрівноваженням. В цей час частотно-імпульсні моделі такої привілеї позбавлені. Проте з їх допомогою можна проводити просторове кодування, а це в деяких дослідженнях може бути вкрай важливим. Особливо це стосується вимірів напруги в закритих ланцюгах електрики.

Саморобні вольтметри

Вольтметр цифровий) своїми руками зробити можна. У першу чергу підбирають детектор, який призначений для визначення средневипрямленного значення. При цьому встановлюється він, як правило, поруч з перетворювачем змінного струму. Мінімум-напруга детектором визначається від 100 МВ, проте деякі моделі здатні розпізнавати силу струму до 1000 МВ. Додатково, для того щоб зробити вольтметр цифровий) своїми руками, буде потрібно транзистор, який впливає на чутливість пристрою, а саме його поріг. Пов'язаний він з рівнем квантової амплітуди напруги. Ще на чутливість впливає дискретність приладу. Якщо напруга становить менше 100 МВ, то рівень опору неодмінно зростає і може скласти, в кінцевому рахунку, 10 Ом.

Опір електричної схеми

Опір, який утворюється в системі, залежить від кількості знаків у ланцюзі. В даному випадку слід розуміти, що шкали вольтметрів можуть сильно відрізнятися. Відношення вимірюваної величини прямо пропорційно напрузі. Додатково потрібно враховувати перешкодозахищеність, яка також впливає на опір пристрою. Тут слід зазначити, що саме вбудований цифровий вольтметр відрізняється великими амплітудами. У даному випадку це має великий вплив на виникнення перешкод у ланцюзі. Найбільш частою причиною різкого стрибка вважають неправильну роботу блоку живлення. При цьому середня частота пристрою може порушуватися. Таким чином, на вході в ланцюзі було, приміром, 50 Гц, а на виході вийшло 10 Гц. Як результат, у сполучному проводі утворюється опір. Поступово це призводить до витоку, а відбувається це в місці, де знаходяться клеми. В даному випадку проблема може бути вирішена шляхом заземлення цієї ділянки. У підсумку перешкоди переходять на вхідну ланцюг і частота в приладі стабілізується.

Похибки вимірювань

Похибка вимірювань вольтметра безпосередньо пов'язана з джерелом живлення. При цьому слід враховувати напруга наведення на виході. Найчастіше перешкоди загального вигляду змінюють параметри опору. В результаті даний показник може значно зменшитися. На сьогоднішній день є три перевірених спобличчя боротьби з різного роду перешкодами у вольтметрах. Перший прийом полягає в застосуванні проводів екранованого типу. При цьому вхід електричної ланцюга дуже важливо ізолювати від обладнання. Другий спосіб полягає в наявність інтегруючого елемента. У результаті період перешкоди можна значно зменшити. Нарешті, останнім прийомом прийнято вважати встановлення спеціальних фільтрів на вольтметри. Основним їх завданням є підвищення опору в електричної ланцюга. В результаті амплітуда завади на виході після блоку значно зменшується. Також слід відзначити, що багато системи перетворювачів здатні значно збільшити швидкість вимірювань. Однак при підвищенні продуктивності знижується точність реєстрації даних. У підсумку такі перетворювачі можуть бути причиною великих перешкод в електричної ланцюга.

Кодоимпульсние вольтметри

Кодоимплульсний цифровий вольтметр змінного струму працює за принципом порозрядного врівноваження. При цьому до даних пристроїв застосуємо метод компенсаційного вимірювання напруги. Процес розрахунку в свою чергу здійснюється за допомогою прецизійного дільника. Додатково розраховується опорне напруга в електричному ланцюзі. В цілому, компенсований струм має кілька рівнів. Згідно квантової теорії, обчислення виробляють в двійково-десятковій системі. Якщо використовувати дворозрядний цифровий вольтметр для автомобіля, то напруга розпізнається до 100 В. Весь процес при цьому здійснюється по командах. Особливого уваги в роботі заслуговує порівняння напруг. Засноване воно на принципі керуючих імпульсів, а відбуваються вони в системі через певні інтервали часу. При цьому є можливість проводити перемикання опору одного дільника. У результаті на виході відбувається зміна граничної частоти. Одночасно є можливість підключати окремий пристрій для порівняння показників. Головне, не забувати враховувати розмір дільника в ланці. При цьому сигнал пристрої може не надходити. В результаті дані можна порівняти з положенням ключів. По суті, вони є кодом, який зчитується вольтметром.

Спрощена схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра

Цифровий вольтметр-амперметр постійного струму схематично можна представити у вигляді взаємодіючих елементів електричної ланцюга. Найбільш важливим є вхідний пристрій, яке відіграє роль джерела опорного напруги. Таким чином, прецизійний дільник пов'язаний з приладом порівняння. У свою чергу, механізми цифрового відліку показують опір електричного ланцюга. Далі керуючі пристрої, здатні безпосередньо взаємодіяти з вхідним приладом і проводити порівняння показників напруги мережі. Найбільш просто процес вимірювання можна представити у вигляді терезів. При цьому в системі часто бувають збої. Пов'язані вони більшою мірою через неправильне порівняння.

Точність вимірювань

Точність вимірювань вольтметра-амперметра безпосередньо пов'язана зі стабільністю опорного напруги. Додатково повинен бути врахований поріг прецизійного дільника у вхідному пристрої. Захист від перешкод в ланцюжку також береться до уваги. Для цього на самому початку електричної ланцюга є фільтр. У результаті якість проведення лабораторних робіт можна значно поліпшити.

Вольтметри з времяимпульсними типами перетворювачів

Дані типи вольтметрів використовують спеціальні перетворювачі, які вимірюють напругу тільки в певних інтервалах часу. При цьому враховуються імпульсні коливання в електричному ланцюзі. Додатково розраховується середня частота напруги в системі. Для її стабілізації, як правило, застосовується дискретний сигнал, який надсилається з виходу перетворювача. При цьому рахункові імпульси здатні значно скоротитися. На похибку вимірювання вольтметрів впливає безліч факторів. У першу чергу це стосується дискретизації сигналу. Також проблема може полягати в нестабільності частоти. Пов'язана вона з порогом чутливості електричної ланцюга. В результаті порівняння напруги пристроєм здійснюється нелінійно.

Проста схема вольтметра-амперметра з перетворювачем

Цифровий вольтметр-амперметр з частотним перетворювачем включає в обов'язковому порядку генератор, який стежить за змінами напруги в електричної ланцюга. При цьому вимірювання здійснюється поетапно з інтервалами. Генератор в електричної ланцюга використовується лінійного типу. Для порівняння отриманих даних у пристрої є тригер. У свою чергу, для розрахунку частоти важливо використовувати лічильник, який приймає дискретний сигнал. Відбувається це на виході перетворювача вольтметра-амперметра. При цьому враховується величина граничного напруги. Безпосередньо інформація надходить на вхід вольтметра-амперметра. На цьому етапі здійснюється процес порівняння, а коли виникає імпульс, то система фіксує нульовий рівень. Безпосередньо сигнал в вольтметре-амперметре потрапляє на тригер, і в результаті на виході виходить позитивна напруга. Повертається імпульс у вихідне положення тільки після проведення пристроєм порівняння. При цьому враховуються будь-які зміни граничної частоти, які сформувалися в даному проміжку часу. Також приймається до уваги коефіцієнт перетворення. Він розраховується виходячи з показника сили сигналу. Додатково у формулі є лічильний імпульс, який з'являється на виході генератора. В результаті напруга може відображатися тільки при наявності певних коливань, які виникають в електричної ланцюга. У кінцевому рахунку, сигнал повинен дійти до виходу тригера і там рахуватися. При цьому кількість імпульсів фіксується в вольтметре-амперметре. Як результат, спрацьовує індикатор, який сигналізує про наявність напруги.

Вольтметри подвійного інтегрування

Цифровий вольтметр постійного струму подвійного інтегрування працює за принципом періодичного повторення. При цьому повернення вихідного коду в ланцюзі здійснюється автоматично. Працює дана система виключно з постійним струмом. При цьому частота попередньо випрямляється і подається на вихідний пристрій. Похибки дискретизації у вольтметрах не враховуються. Таким чином, можуть виникнути моменти невідповідності рахункових імпульсів. В результаті на початок і кінець інтервалу один параметр може сильно відрізнятися. Однак, як правило, похибка не є критичною з-за роботи перетворювача. Особлива проблема полягає саме в шумовий перешкоди. В результаті вона здатна значно викривити показник напруги. У кінцевому рахунку, це знаходить своє відображення у величині імпульсу, а саме його тривалості. Таким чином, серед цифрових вольтметрів дані типи не користуються великою популярністю.