Vôn kế số là dụng cụ chỉ thị kết quả bằng con số mà không phụ thuộc vào cách đọc của người đo. Tuỳ thuộc vào phương pháp biến đổi người ta phân thành: Vôn kế số chuyển đổi thời gian, Vôn kế số chuyển đổi tần số, Vôn kế số chuyển đổi bù. Sau đây ta đi vào xét với Vônmét chuyển đổi thời gian.
Nguyên tắc hoạt động của Vônmét loại này: Biến đổi điện áp cần đo (Ux) thành khoảng thời gian (t) sau đó lấp đầy khoảng thời gian bằng các xung có tần số chuẩn (f0). Bộ đếm được dùng để đếm số lượng xung (N) tỉ lệ với Ux để suy ra Ux. Sơ đồ khối như sau:
Trong đó:
MFRC: Mạch phát tín hiệu răng cưa MFX: Mạch phát xung chuẩn tần số fo
So sánh MFRC MFX Khóa K Bộ đếm Bộ chỉ thị
Trigơ UX
Stop Start
Hoạt động:
Khi mở máy (Start) xung khởi động tác động lên Trigơ để mở khoá K và khởi động MFRC làm việc. Tại thời điểm t1, K mở thông để đưa xung tần số chuẩn từ MFX tới bộ đếm và chỉ thị số. Đồng thời, MFRC đưa điện áp mẫu Uk đến bộ so sánh để so sánh với điện áp cần đo.
Tới thời điểm t2 khi Ux = Uk, mạch so sánh đưa xung Stop tới trigơ, trigơ chuyển trạng thái làm đóng khoá K. Trong suốt thời gian khoá K mở (từ t1 đến t2) bộ đếm đếm được N xung 0 1 2 T t t N . Suy ra N=f0.tx. Với T0 là chu kỳ của xung chuẩn
f0 = 1 / T0 là tần số của xung chuẩn
tx = t2 – t1 là thời gian đóng mở của khoá K Mặt khác, từ biểu đồ điện áp ta có: m X m X U U t t . Suy ra CN t f U N t t U U m m x m m X . . . 0
với tm là thời gian lớn nhất để Uk = Um ; Um là điện áp lớn nhất của xung do MFRC phát ra. Từ biểu thức trên ta thấy Ux tỉ lệ với số xung đếm được (C là hằng số) Chú ý: sai số của dụng cụ chủ yếu là do:
+ Sai số do MFRC không ổn định (tức làm thay đổi Um và tm, nghĩa là thay đổi hằng số C)
Thông thường Vôn mét loại này có sai số ± 0,05%
Để nâng cao các tính năng của vônmét chỉ thị số người ta sử dụng μP. Ta hãy xét một vônmét có vi xử lý được thực hiện theo phương pháp thời gian xung.