Интегрирующий цифровой вольтметр
Иллюстрации
Реферат
пщ 550763 оАНСАН а
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.02.75 (21) 2107921/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.03.77. Бюллетень К 10
Дата опубликования описания 04.04.77 (51) М. Кл.2 Н ОЗК 13/20
G 01R 19/26
Тосударствеииый комитет
:Совета Министров СССР
:по делам кзобретеиий и открытий (53) УДК 681.325(088.8) вить ф()з д tl ° тту%,@egg (72) Автор изобретения
Е. Д. Баран (71) Заявитель
Новосибирский электротехнический институт (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР
Изобретение отйосится к измерительной технике и может использоваться при точных измерениях с использованием преобразователей напряжение — частота.
Известно устройство, содержащее преобра- 5 зователь напряжение — частота, входной пере-ключатель, реверсивный счетчик, элемент И, ;блок задания интервалов времени, причем вход преобразователя соединен с общим контактом переключателя, два других контакта 10 которого соединеHbi соответственно с источником измеряемого напряжения и общей шиной устройства (1).
В известном устройстве нестабильность крутизны преобразователя приводит к появлению 15 погрешности, а процесс измерения не является адаптивным по отношению к условиям измерения, вызывающим изменение характеристик преобразователя.
Известно также устройство, содержащее 20 преобразователь напряжения в частоту, формирователь, схему совпадения, реверсивный счетчик, регистр памяти, преобразователь код †сопротивлен, переключатели (2).
Однако это устройство сложно, так как со- 25 держит прецезионный преобразователь код— сопротивление, точность изготовления которого определяет, в основном, точность измерений. Кроме того, устройство не является адаптивным, время измерения сравнительно вели- 30 ко и не зависит от значения измеряемого напряжения.
Известен интегрирующий цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, задающий генератор, источник образцового напряжения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, причем вход преобразователя напряжения в частоту соединен с общим контактом входного переключателя, три других контакта которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напряжения и общей шиной, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задающего генератора соединен с одним из входов второго элемента И:(3).
Однако известное устройство имеет малую точность измерения.
С целью повышения точности измерений в него введены второй и третий реверсивные счетчики, два переключателя режима работы, третий элемент И и блок управления, причем входы сложения и вычитания всех реверсивных счетчиков соединены с коммутируемыми контактами соответствующих переключателей
550763
15
05 режима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения нуля, выходы схем выделения нуля соединены со входами блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам всех элементов И, входного переключателя, переключателей режима работы и блока индикации.
Кроме того, для обеспечения заданной точности измерения, он содержит схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задания погрешности измерения, а выход подключен ко входу блока управления.
На чертеже изображена функциональная схема цифрового вольтметра.
Интегрирующий цифровой вольтметр состоит из входного переключателя 1, общий контакт которого соединен с входом преобразователя
2 напряжения в частоту, а коммутируемые контакты входного переключателя 1 соединены соответственно с входной клеммой 3 вольтметра, выходом источника 4 образцового напряжения и общей шиной 5 устройства. Первый вход первого элемента И 6 подключен к выходу преобразователя 2 напряжения в частоту, а первые входы второго и третьего элементов И 7 и 8 подключены к выходу задающего генератора 9. Выходы первого, второго и третьего элементов И б — 8 соединены соответственно с общими контактами первого, второго и третьего переключателей 10 — 12 режима работы, коммутируемые контакты каждого из которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 13 — 15.
Выход первого реверсивного счетчика 13 подсоединен к входу первой схемы 16 выделения нуля и первому входу схемы 17 сравнения, второй вход которой подключен к клемме 18 задания погрешности измерения. Выход второго реверсивного счетчика 14 соединен с входом второй схемы 19 выделения нуля, а выход третьего реверсивного счетчика 15 — с первым входом блока 20 индикации. Выходы первой и второй схем 16 и 19 выделения нуля, а также выход схемы 17 сравнения подключены к соответствующим входам блока 21 управления, выходы которого подключены соответственно ко вторым входам элементов И б, 7 и
8 и управляющим входам входного переключателя 1, переключателей 10 — 12 режима работы и блока 20 индикации, Интегрирующий цифровой вольтметр работает следующим образом.
В первый такт измерений входной переключатель 1 установлен в положение, при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к входной клемме 3 вольтметра, а переключатели 10 и 11 — в положения, при 0
55 которых выходы первого и второго элементов
И 6 и 7 подключены к входам сложения первого и второго реверспвных счетчиков 13 и 14 соответственно. Первый и второй элементы И б и 7 открыты.
Частота импульсов на выходе преобразователя напряжения в частоту равна
6=К(+U ), где К вЂ” крутизна преобразования;
U, — измеряемое напряжение на клемме 3;
U — приведенное ко входу значение напряжения дрейфа нуля преобразователя 2.
Импульсы частотой f> с выхода преобразователя 2 через первый элемент И 6 и переключатель 10 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 13. Длительность первого такта измерения Т1 задается генератором
9, импульсы которого через второй элемент И
7 и второй переключатель 11 поступают на вход сложения второго реверсивного счетчика
14. Емкость последнего, равная N, выбирается такой, что время от начала заполнения этого счетчика 14 импульсами задающего генератора 9 частотой, равной f, до переполнения счетчика 14 кратно периоду помехи и равно
Т,= —.
fo
Импульс переполнения второго реверсивного счетчика 14 является сигналом окончания первого такта измерения, по нему срабатывает вторая схема 19 выделения нуля, при этом блок 21 управления закрывает элементы И б и 7 и переводит входной переключатель 1 в положение, при котором соединяется выход источника 4 образцового напряжения с входом преобразователя 2 напряжения в частоту, переключатель 10 — в положение коммутации выхода элемента И 6 с входом вычитания реверсивного счетчика 13, а переключатели 11 и
12 режимов работы — в положение коммутации выходов элементов И 7 и 8 с входами сложения реверсивных счетчиков 14 и 15 соответственно. В реверсивном счетчике 13 к концу первого такта записывается число, равное
N,=f,Tl=KT,(U„— UA) =К" (U„+Un) °
fo
Во втором такте открыты все элементы И б — 8, к входу преобразователя 2 подключен источник образцового напряжения.
Импульсы с выхода преобразователя 2 частотой, равной
f2 K(UО +UË)> где Uo — образцовое напряжение источника образцового напряжения, поступают через элемент И 6 и переключатель
10 на вход вычитания реверсивного счетчика
13 в течение времени Т», за которое накопится
N2 —— N< импульсов, где
2 — f.T2 — КТ 2((о+ д) =N, 550763
XN Uo U
fo Оо+ д
T,=U,. N . U — U(Uî -д- U )2
Ж,= " f T,=Ю о (о
U, (U, + 2Uд) У (о + (д) ,1 х — о
Uo (о + (д
Зо 1 г2 Uo + (д
Ш= 24 Ul
При этом код в счетчике 13 становится равным нулю, срабатывает схема 16 выделения нуля, что является сигналом окончания такта. Интервал времени Т2 измеряется с помощью реверсивных счетчиков 14 и 15 и задающего генератора 9, импульсы с выхода которого через элементы И 7, 8 и переключатели
11, 12 соответственно поступают на входы сложения этих счетчиков. Код результата измерения интервала времени Тд, равного
T = Т
2 I (о+ Uä fo (о+ (д получается в счетчиках 14 и 15, равен (о+ Uë и является первым приближением к искомому результату измерения, который должен быть получен при использовании идеального преобразователя 2 с нулевым дрейфом и равен
Погрешность первого приближения М . равна, hN,=N„— N,= f,Т, Uî о+ Uä
В третьем такте блок 21 открывает элементы И 6 и 7, закрывает элемент И 8, устанавливает переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с общей шиной 5, а переключатели 10 и 11 — в положение коммутации выходов элементов И 6, 7 со входами сложения реверсивных счетчиков 13, 14 соответственно.
Импульсы с выхода преобразователя 2 с частотой, равной f2 ††д, через элемент И 6 и переключатель 10 в течение времени
Т,=Т,— T. поступают на вход сложения счетчика 13. Интервал времени То задается счетчиком 14 от начала его заполнения импульсами задающего генератора 9 через элемент
И 7 до момента пепеполнения этого счетчика.
Импульс переполнения является сигналом окончания третьего цикла, по которому срабатывает схема 19 выделения нуля и блок 21 управления закрывает элементы И 6, 7. В счетчике 13 к концу тпетьего такта оказывается записанны л число Л ., равное
N,=ут,— т,)=Ки, ". " —
В четвертом такте блок 21 открывает все элементы И 6 — 8 и устанавливает переключатели 1, 10 — 12 в такие положения, при которых напряжение с источника 4 образцового напряжения поступает на вход преобразователя 2, выход элемента И 6 соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 13, выход элемента И 7 — с входом сложения счет40
OO
65 чика 14, а выход элемента И 8 — с входом вычитания счетчика 15.
Импульсы с частотой f2 поступают с выхода преобразователя 2 через элемент И 6 на вход вычитания реверсивного счетчика 13 до тех пор, пока код в нем не станет равным нулю и не сработает схема 16 выделения нуля, при этом число импульсов, поступающих от преобразователя 2 в четвертом такте, равно
И,o f,т,=Кт,(и,+и,) =N,=Ко,X а длительность четвертого такта равна
Эта длительность измеряется счетчиком 14, на который (как и на счетчик 15) поступают импульсы задающего генератора 9. Результат измерения интервала Т4 содержится в счетчи«е 14, а в реверсивном счетчике 15 к концу четвертого такта записывается код разности длительностей второго и четвертого тактов, равный и представляющий собой скорректированный результат измерения, погрешность которого
ЛЧ24 меньше погрешности результата измерения полученного BO втором такте B лт раз при этом
При выборе Beëè÷ïíû напряжения Up источника образцового напряжения много больше, чем напряжение дрейфа нуля преобразователя 2 — U,„, можно получить существенное повышение точности измерения.
Дальнейшее снижение погрешности достигается последующей коррекцией результата из M ер ения.
Для этого в пятом такте блок 21 открывает элементы И 6, 7, преобразователь 2 подключается через переключатель 1 к общей шине 5, элемент И 6 подключается к входу сложения реверсивного счетчика 13 через переключатель 10, а элемент И 7 — к входу вычитания реверсивного счетчика 14. Импульсы с выхода преобразователя 2 частотой f> через элемент И 6 поступают на вход сложения счетчика 13 в течение времени, равного длительности четвертого такта. Время счета задается счетчиком 14, на который через элемент
И 7 и переключатель 11 поступают импульсы задающего генератора 9 до момента установки счетчика 14 в нуль, прп этом схема 19 выделения нуля срабатывает и блок 21 закрывает все эл ем ен ты И 6 — 8.
550763
Число импульсов, поступающих в счетчик
13 в течение пятого такта, равно
2 ж,=Ки,т,=К. " U;- U„)
Уо (Е/о + Уд1 5
Затем в шестом такте блок 21 переводит переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с выходом источника образцового напряжения, переключатели
10 и 12 — в положение, обеспечивающее по10 ступление импульсов на входы вычитания реверсивных счетчиков 13 и 15 соответственно, а переключатель 11 — в положение, обеспечивающее поступление импульсов на вход сложения реверсивного счетчика 14. Образцовое напряжение поступает с источника образцового напряжения на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, с выхода которого импульсы с частотой f2 через элемент И 6 и переключатель 10 режима работы подаются на ® вход вычитания счетчика 13 до тех пор, пока от преобразователя 2 не поступит то же число импульсов, что и в пятом такте, то есть пока код в счетчике 13 не станет равным нулю и сработает схема 16 выделения нуля.
Число импульсов, поступающих в счетчик
13 за время Тб — длительность шестого такта, равно е = féTв = g(Uо + U )T — - 30 при длительности шестого такта, равной
2 т, = — " U,— U„)
В счетчик 15, на вычитающий вход которого импульсы задающего генератора 9 посту-пают через элемент И 8 и переключатель 12, к концу шестого такта записывается код разности длительностей второго и суммы дли- 40 тельностей четвертого и шестого тактов.
Результат, полученный в счетчике 15, отличается от искомого результата измерения на число AN2<, являющееся абсолютной погрешностью измерения, и равное 45 з ду у л к 0 о (о + 7д)
Уменьшение погрешности измерения в шестом такте по сравнению с погрешностью из- 50 мерения, полученной во втором такте, равно
Процесс коррекции может быть продолжен, 55 для чего в каждом последующем нечетном такте проводят те же операции, что и в пятом такте, причем длительность нечетного такта равна длительности предыдущего четного такта, а в каждом последующем четном такте 60 проводят те же операции, что и в шестом такте. После каждых двух тактов коррекции погрешность измерения уменьшается в т раз, и при этом уменьшается и длительность каждого такта, в результате при любом числе так- 65 тов коррекции общее время измерения не превышает 4Т .
Для достижения требуемой точности измерения проводится такое количество тактов коррекции, чтобы в очередном нечетном такте в счетчик 13 поступило не более, чем заданное число импульсов. Схема 17 сравнения сравнивает код в счетчике 13 с заданным числом, при этом если код в счетчике 13 больше заданного, то дается команда на продолжение коррекции, в противном случае схема 17 сравнения срабатывает, блок 21 останавливает процесс измерения и разрешает индикацию результата в блоке 20 индикации, Формула изобретения
1. Интегрирующий цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, задающий генератор, источник образцового напряжения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, причем вход преобразователя напряжения в частоту соединен с общим контактом входного переключателя, три других контакта которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напряжения и общей шиной, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задающего генератора соединен с одним нз входов второго элемента И, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, два переключателя режима работы, третий элемент И и блок управления, причем входы сложения и вычитания всех реверсивных счетчиков соединены с коммутируемыми контактами соответствующих переключателей режима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения нуля, выходы схем выделения нуля соединены с входами блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам всех элементов И, входного переключателя, переключателей режима работы н блока индикации.
2. Вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения заданной точности измерения, он содержит схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задания погрешности измерения, ", выход подключен ко входу блока управления.
Источники информации, принятые во внимание при проведении экспертизы изобретения:
550763
Составитель Н. Баринова
Техред Л. Гладкова
Корректор О. Тюрина
Редактор Т. Янова
Заказ 611(11 Изд. № 265 Тираж 1054 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
1. Ю. A. Скрипник «Коммутационные методы повышения точности цифровых интегрирующих приборов», Приборостроение, Мв 5,,1968 г, 10
2. Авторское свидетельство СССР Мв 375566, М. Кл. G 01R 19/26, опубл. 01.02.1971 r.
3. Авторское свидетельство СССР Мв 317081, М. Кл. Н ОЗК 13/20, опубл. 24.12.1969 г,