Классификация вольтметров
Вольтметр – это устройство, которое предназначено для определения электродвижущей силы или напряжения в электрических цепях.
Вольтметр подключается параллельно источнику электроэнергии или нагрузке. Идеальный вольтметр должен обладать внутренним бесконечно большим сопротивлением. Таким образом, чем выше внутреннее сопротивление реального вольтметра, тем меньше негативное воздействие, оказываемое им на измеряемый объект, а следовательно, выше точность и разнообразие области применения прибора. Основными характеристиками вольтметров являются диапазоны рабочих частот и измерения напряжений, а также класс точности (допустимая погрешность). Вольтметры классифицируются по следующим признакам:
- Принцип действия. Согласно данному признаку вольтметры делятся на электромеханические (электромагнитные, магнитоэлектрические, термоэлектрические, электродинамические, выпрямительные и электростатические) и электронные (цифровые и аналоговые).
- Назначение. Согласно данному признаку вольтметры делятся на вольтметры переменного и постоянного тока, а также универсальные, импульсные, селективные и фазочувствительные.
- Способ применения и конструкция. Согласно данному признаку вольтметры делятся на стационарные, переносные и щитовые.
Аналоговые электронные вольтметры состоят из магнитоэлектрического измерительного прибора, добавочных сопротивлений и измерительного усилителя, позволяющего иметь более низкие пределы измерения, а также значительно увеличить входное сопротивление вольтметра. Принцип действия вольтметров дискретного действия заключается в преобразовании медленно изменяющегося или постоянного напряжения в электрический код при помощи аналого-цифрового преобразователя. Импульсные вольтметры используются для измерения амплитуд импульсных периодических сигналов с большой скважностью, а также амплитуд одиночных импульсов. Векторметры (фазочувствительные вольтмеры) предназначены для измерения квадратурных составляющих комплексных напряжений первой гармоники. Они снабжены двумя индикаторами для отсчета мнимой и действительной составляющих напряжения.
Разработка цифрового вольтметра
Цифровой вольтметр – это цифровой прибор, который автоматически вырабатывает дискретные сигналы измерительной информации, величина которых предоставляется в цифровой форме.
Весь процесс разработки цифрового вольтметра можно разделить на три основных этапа:
- Разработка функциональной схемы вольтметра.
- Разработка и расчет принципиальной схемы. Данный этап состоит из расчета устройства управления, выбора источника опорного напряжения, расчета входного устройства, расчета и выбора усилителя диапазонов (при необходимости), выбора и расчета индикаторов.
- Разработка программного обеспечения. Данный этап состоит из определения функции программы, определения структуры программы, определение формулы расчета напряжения, определения текущего диапазона измерения, разработки алгоритма основной программы и алгоритма подпрограммы обработки прерывания, описания программы.
На первом этапе разработки решается ряд вопросов. Один из них может касаться необходимости наличия согласующей цепи, которая будет приводить уровень входного сигнала к диапазону питающих напряжений. Еще один вопрос может заключаться в необходимости наличия схемы защиты от случайного подключения вольтметра к источникам напряжения. Решается вопрос о необходимости дополнительного усиления входного аналогового тракта. Так решаются вопросы о виде и параметрах аналого-цифрового преобразователя, средств переключения, в типе индикаторов (для обеспечения высокой точности прибора), параметрах генерирующего устройства и элементов управления.
Расчет основных узлов вольтметра начинается с расчета и выбора устройств управления. В настоящее время все чаще предпочтение отдается микроконтроллерам. Особое внимание уделяется тому, чтобы его периферийные устройства использовались максимально. Если устройство управления не оборудовано источником опорного напряжения, то для него подбирается внешняя дополнительная микросхема, согласно техническим требованиям. После этого рассчитываются и выбираются, согласно требованиям и условиям эксплуатации вольтметра, инвертор напряжения, входное устройство, усилителя диапазонов (при необходимости), индикаторы.
Программа управления должна выполнять следующие функции:
- Периодически опрашивать состояние средств переключения.
- Запускать аналого-цифровой преобразователь.
- Рассчитывать значение измеренного напряжения по коду, полученному от аналого-цифрового преобразователя.
- Преобразовывать значение измеренного параметра.
- Поддерживать процесс индикации.
Определение структуры программы заключается в оптимальном распределении временных и аппаратных ресурсов устройства управления.
