Цифровой интегрирующий вольтметр

Цифровой интегрирующий вольтметр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

е у -: ..; .;..",к.а л.- -- Л

1 ц659956

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик п, ircyg „, Й ч "т1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.04.73 (21) 1902630/18-21

":-,!) Ч. Кл."С 01Р, 13/02 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (53) УДК 621.317.7 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Э. К. Шахов, В. М. Шляндин, Ю. В. Шишков и В. Г. Овчинников

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТМЕТР

Совместное решение уравнений функцию преобразования вида

Т, — Т, T=- -. - n дает

U,® — — (U,— U,)t, и

20 /" () — (Uo + х)

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано для точного измерения малых значений напряжений в условиях высокого уровня помех.

Известны цифровые интегрирующие вольтметры, содержащие входной переключатель измеряемого и образцового напряжений, интегратор, схему сравнения, управляющую временными воротами, на вход ко- 10 торых поступают импульсы опорной частоты, а выход соединен со счетчиком и цифровыми отсчетными устройствами (1).

Измеритель работает в принципе двойного интегрирования, основанном на форми- 15 ровании двух развертывающих напряжений вида, соответственно в течение интервалов Т, и

T (т — постоянная времени интегратора, (, х и U — соответственно измеряемое и образцовое напряжения).

Процесс преобразования описывается системой уравнений (U,— U„)Т= (U,,U )Т,.

Т,+T,=-Т, где Т вЂ” такт преобразования.

Наиболее близким техническим решением к данному изобрстснию является цифровой интегрирующий вольтметр, содсржащпй интегратор, пороговое устройство, источники образцового и опорного напря>хений, задатчик времени преобразования, генератор и с zñò÷èê импульсов образцовой частоты (2).

Динамические свойства известного z.ольтметра характеризуются уравнением, устанавливающим связь между значениями информативных интервалов времени преобразователя в двух соседних тактах преобразования

Т, (;z - 1) Тт — Г Т, (z).

Здесь 71(zz 1), Tz(zz) — информативные выходные интервалы времени преобразователя; Т, — значение такта преобразования;

С вЂ” параметр, зависящий от особенностей структуры устройства (для предложенного вольтметра и вольтметра прототипа зиачения этого параметра равны).

Окончательное напряжение для анализа динамических характеристик имеет вид

Тпреоор:- Тт zz — Тт, (1)

1а

inc

659956

3 где 7) — допустимое значение приведенной динамической погрешности; и — число тактов (циклов) преобразования от момента скачкообразного изменсния преобразуемого напряжения до момента равенства информативного интервала установившемуся значению с погрсн1ность!О, определяемой 7;

Тпреебр Время преобразования, Следовательно, уменьшение длительности такта Т,, как следует из выражения (1), является эффективным средством снижения динамической погрешности, кроме того, при уменьшенном цикле преобразования для сохранения свойства подавления периодических аддитивных помех приходится усреднять результаты ряда последовательных преобразований за время, кратное или равное периоду помехи, при этом задача фактически сводится к суммированию последовательности интервалов времени. Поскольку эти интервалы нс являются примыкающими, то при суммировании Iix значепий возникает погрешность, максимально возможное значение которой пропорционально числу суммирусмых интервалов.

Таким образом, недостатком известного устройства является высокая динамическая погрешность измерения.

ЦЕЛЬЮ;ta!7!70»O FISOOPCTel!»H SIB.«SICTCSI IIOВышсцис точности прибора.

Поставленная цель достигается за счет того, что в цифровой ицтегрирующий волыметр, содер>кащий последовательно соедипенныс дифференциальный интегратор и пороговос устройство, исто шики образцового и опорного напряжений, зядатчик такта преобразования, генератор образцовой частоты и счетчик, причем неинвертирующий вход интегратора подключсц к входным клеммам, введены задатчпк интервала суммировапия, суммируюшсе устройство и элемент И, выход которого cocäl ícEI со г;ходом счетчика, а Входы -- с выходом задятчика интервала суммирования, с выходом исто,—

It!II<3 ?????? ???????????????? ??????1>Я>ксп НЯ и ие1вс Рти!)У-!

Оп)им ВхОдОм иптсГpEITop3, >1 та кжс с BI>1ходом генератора образцовой частсть1 и входами суммирующего устройства и задатчика такта преобразования, при этом выход порогового устройства сосдинеп со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фпг. 2 — эпюры характерных напряжений, поясняющие его работу.

:)

35)

1 >

1

Устройство (фиг. I) содержит дифферсцциальный интегратор 1, пороговое устройстВо 2, суммирующее устройство 3, источник

4 опорного напряжсция, источник 6 ооразцового Напряжения. задатчик 6 такта преобразования Т-, зад;)тчик 7 интервала суммирования Т, генератор 8 образцовой частоты, элемент И 9 и c÷åò÷èê 10.

На эпюрах (фиг. 2) изображены счсду!ошие напряжен isl: 11 — импульсы образцовой частоты на выходе генератора 8; 12— импульсы тактовой частоты па выходе 32дыт>1ика 6, 13 — выходнос напряжение задатчика 7, 14 — выходнос напряжение интегрытора 1, (16 —:1 устройстве-прототипе, 16 — в предлагаемом изобретении), 17

Напряжение па выходе источника.

13ольтмстр работы< т следующим образом.

Прсдполо>ким, чго В момент врсмсци /-.

It. >1H) .."1ьс IзыхоцнОГО 11311PEI>Kc!I!I!i ЗЯД11 г Iика

6 посл наст Ic pñç суммирую)цсе устройство

it3 Вход > стро),ствя 2, В !2!>1вяя СГО сряоят 1Ванне. По сигналу устройства 2 к инвертируюшему входу HHTci p2Top2 1 иодкл1очает— ся образцовое напряжение - ;- с)б, и выход»ос напряжение интеграторы, уменьшаясь

10 лицсйному з3копу, приближ3стся по р33мср,. к зна le!tii!0 о!>орцого на пряже!1iisi,:ioступа!оп!его с источпикы 4 через устройстзо

3 ны вход устройства 2.

Однако срабатыгание порогового устройCТВЯ ПРОHСХОДИТ Н С B > IÎÌ ÑI!Т Р 3 Вс)IСТВ2 ВЛ>!в хо>!!!ОГO напряжения интегратора ог)орному (t I) > 3 В момент посгупления на вход порогOBOI устройства 1! рез суммиру10111cс устпойс Во 3 Et>t II) 11>CF! СIH pыТОр2 8, llpii HOT!)PO)l ItB.;Ie»SIC ECEI Зца.». )>ЯЗНОС7" 1 B.;0, 11!1>! На-!

)ряжсний порогового устройства. В рсзулbтаге этого В мом 1;T 1! происходит переключение полярности абра ii!OBOi 1)япряжсIIHH, и ьч>)ходпое наиряжснис и)тсгратора нычиIt;I eТ;1 ИНСЙ(!О ВОЗП Я СТЯ 1 1>, !О ПОСТГ11:1 СH liSI

С, 1 С Д> 10 П 1 С Г 0 И:) П У. I l > С Я С B 3, 1 Я 1 l И Е 2 17 P C Х1 Е ! И такта преобрязовяция t>.,1;1,7cc о)псыl.ltûc

Ilp0IIccc1>I работы Воль л!Стра пер:!о 7!Iчески повторяются.

1 1 и !1)1>ОВ01! эКВН ВЯ;1 Г Н 13Х02НОГО и >lпряжснил пол > 13cTcH Н1)и cv>I>>II!POB3!IF! 11 c>lf T>!Hкох! 10 Дискретных значений 7 ; (фиг, 2) В тсчси и". Времени Т, равного периоду сетевой

ПО 1ЕХИ.

В!рсдс!!Нс такт; Т иозвол)1ст,лг !ц!г!ть динах)ические характеристики во стольк!) раз, во сколь,0 д..!и!Сльцост1, 7, рывцая псриоду помехи, больше длительности 7,.

Вследствие того, что работа устройства 2 и задатчиков 6 и 7 синхронизирустся импульсами генератора образцовой частоты, устраняется специфическая состявляюшая погрешности от суммирования непримыкаюlцих 1!нтсрвялов, тяк кяк выходпой сиГна,l здссь представлен временным интервалом, являющимся квантованной величиной, в то время KBK в устройстве (прототипе) цепр"рывной.

659956

В устройстве-прототипе условием соответствия выходного сигнала входному напряжению является равенство нулю интеграла разности входного напряжения Ь „и среднего за период преобразования значения образцового напряжения т,— т

ocl»r — — о т I

10 т. е.

I (u„— u, 3m . О. (2) т ) ит

J $it1 = ) ьдЖ

О n корректируется;Iiaveiiпе U«», в пределах

Лд, что вызь,пает изменение значения и знака Л.

Таким образом, справсдлпво следующее выра ж H на. и Т

nn . !

-I0 и 7

I bId: с.о o г IЛдЖ. а

45 ма I ематичсскпх опеПосле выполнения раций получим

U,.ïÒ вЂ” U, > (҄— Т„) :. y ТЛР

i О

50 или для наихудшего случая

ИрТ вЂ” U,g (Т, — Т„) -- + ТЛд. (4)

i=0 о

Для данного вольтметра уравнение (2) 15 принимает вид т т (и„U, — - Idt — + (dt, (3) т ) — 1- о о

20 где Л (Л О вЂ” разность значений U,.;

U,cÄ, Ь,а - †" U, — значение У„»„ соответт ствующее шагу квантования.

Из уравнении (3) и (2) следует, что про- 25 цесс преобразования подчиняется законам, действующим в дискретных астатических системах автома3ического регулирования, т. е. происходит непрерывное интегрирование сигнала ошибки Л, и при выполнении 30

УC,IOBиЯ

Функция преобразования данного вольтметра согласно уравнению (4) имеет вид (Т„. — То;) = пТ " =: :То (5)

i=,- — О Uu

Из выражения (5) видно, что при суммировании ряда выходных интервалов

ШИМ вЂ” преобразователя абсолютное значение погрешности преобразователя остается постоянным (равным Та), а относительное — уменьшается в число раз, равное числу суммируемых интервалов, что и приводит к устранению погрешности суммирования непримыкающих интервалов.

Формула изобретения

Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий последовательно соединенные дифференциальный интегратор и пороговое устройство, источники образцового и опорного напряжений, задатчпк такта преобразования, генератор образцовой частоты и счетчик, причем непнвертирующий вход интегратора подключен к входным клеммам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены задатчик интервала суммирования, суммирующее устройство и элемент И, выход которого соединен со входом счетчика, а входы — свыходом задатчика интервала суммирования, с выходом исто шика образцового напряжения и инвертирующим входом интегратора, а также с выходом генератора образцовой частоты и входамп суммирующего устройства и задатчика такта преобразования, прп этом выход порогового устройства соединен со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. П. П. Орнатский. Автоматические измерения и приборы, Киев, «Высшая школа», 1973, с. 432.

2. Авторское свидетельство СССР № 365038, кл. Н 03К 13/20, 01.02.71.

659956

LJ I авив з оста Р ы 1 t. ëi В. Латышев

1(орр<к<ор Л. Ьракнина

Ред IKTop М. Афанасьева

Тизография пр. Сam ttoLà 2

Заказ 676/10 11з;<. 1;в 281 Ilo;iæ 1ОКО 11оыпи< ыое

НПО I ooóäëðñòâåûíoão к<он«<а <. .<".С Р t«t ".,i:;; ы «,й;,<-.c.,i!II ы о«<рь< ы<<

113035, 1<1осква, Ж-Х Р