VOLTMETRI NUMERICI

 

Introduzione

I voltmetri numerici  misurano tensione e forniscono un rappresentazione di questa misura in formato numerico. Alla base dei voltmetri numerici c' e' il processo di conversione  A/D ( da analogico a digitale) della tensione da misurare. In generale il processo di conversione può essere:  

  •  SPOT

  •  INTEGRALE 

La conversione di tipo spot e' caratterizzata dal fatto che viene convertito il valore istantaneo della tensione in ingresso in corrispondenza dell'istante di campionamento. I voltmetri basati sulla conversione di tipo spot sono detti "voltmetri a valore istantaneo". Questi strumenti, che tratteremo nelle pagine seguenti, sono veloci ma fortemente sensibili al rumore presente nel segnale. Il caso peggiore si ha quando il campione del segnale viene preso in concomitanza con il verificarsi del disturbo. Per la loro velocità sono utilizzati nei sistemi di acquisizione dati dove è richiesta l’acquisizione ‘veloce’di un segnale variabile nel tempo.
La conversione di tipo integrale determina la stima di un opportuno funzionale del segnale in ingresso tipicamente il valor medio. Il valore convertito del segnale in ingresso dipende dall'integrale, in un certo intervallo di tempo, dei campioni prelevati in questo tempo dal segnale. I voltmetri basati sulla conversione di tipo integrale sono detti "voltmetri ad integrazione ".Si tratta di strumenti con tempi di conversione lenti ma per la natura del segnale di uscita (originato da una integrazione) presentano una notevole reiezione al rumore. In particolare se il rumore sovrapposto è periodico e si sceglie un intervallo d’integrazione multiplo di tale periodo si ha reiezione infinita. Generalmente sono utilizzati per la realizzazione di voltmetri da laboratorio. 
I processi di conversione A/D sia spot che integrali possono essere attuati utilizzando degli schemi di conversione ben definiti che prendono il nome di:

  • conversione differenziale 

  • conversione a contatore

Le conversioni di tipo differenziale si basano sul confronto della tensione incognita Vx con una tensione di riferimento Vr continuamente variata fino a quando si verifica la condizione Vx=Vr. In figura 1 e' riportato uno schema a blocchi generale di un sistema a conversione differenziale

Figura 1:schema generale di un sistema a conversione differenziale

La tensione di riferimento Vr, generata da un D/A essendo l'uscita numerica, viene cambiata dalla logica di controllo fino a che assume un valore tale che il confronto Vx-Vr sia più piccolo del tensione minima rilevabile dal circuito o in altri termini minore dell'errore di quantizzazione del convertitore A/D interno al circuito.
Le conversioni a contatore si basano sulla conversione della tensione incognita Vx in un intervallo di tempo DT. L' intervallo di tempo risultante viene  misurato mediante un contatore numerico che ne fornisce una codifica digitale. In figura 1a e' riportato lo schema a blocchi generale di un sistema a conversione a contatore

Figura 1a:schema generale di un sistema a conversione a contatore