Цифровой измеритель напряжения

Цифровой измеритель напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

011677096

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.04.77 (21) 2476144/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М. К .

Н ОЗК 13/02

Государственный комитет по делам изобретений (43) Опубликовано 30.07.79. Бюллетень № 28 (53) УДК 681.325 (088.8) н открытий (45) Дата опубликования описания 30.07.79 (72) Авторы изобретения

Т. М. Алиев, С. Г. Салигов и Д. И. Дамиров

Азербайджанский институт нефти и химии им. Азизбекова (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при построении цифровых измерителей напряжения.

Известны устройства преобразования на- 5 пряжения в цифровой код, по которым результаты измерения корректируются на величину погрешности, полученной в процессе измерения (1).

Однако эти устройства обладают весьма 10 низким быстродействием, Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее источник измеряемого напряжения, двухпозиционный входной переключатель, анало- 15 го-цифровой преобразователь, регистр памяти, вычислительное устройство, электронные ключи, цифроаналоговый преобразователь, блоки цифровой индикации, регистрации и управления (2). 20

Недостаток этого устройства заключается в относительно низком быстродействии, так как для осуществления и циклов коррекции необходимо провести (2п+1) операций измерения. 25

Цель изобретения — повышение быстродействия преобразования напряжения в цифровой код с коррекцией погрешностей.

Поставленная цель достигается за счет того, что в цифровой измеритель напряже- 30 ния, содержащий двухпозиционный переключатель, первый вход которого подключен к выходу источника измеряемого сигнала, второй вход через цифроаналоговый преобразователь соединен с выходом первого электронного ключа, а третий вход— с первым выходом блока управления, второй, третий и четвертый и пятый выходы которого связаны соответственно с первыми входами аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока, первого и второго электронных ключей, а выходдвухпозиционного переключателя соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход и выход вычислительного блока соединены соответственно с первым выходом и входом регистра памяти, второй выход которого подключен к вторым входам первого и второго электронных ключей, а выход второго электронного ключа — к входам блоков цифровой индикации и цифровой регистрации, дополнительно введены два электронных ключа, счетчик импульсов, блок сравнения кодов и регистр хранения. Вход регистра хранения соединен с выходом третьего электронного ключа и вторым входом регистра памяти, а выход — с первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого связан с пепвым входом третьего электронного клю677096

3 ча и выходом счетчика импульсов. Счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и первым входом четвертого электронного ключа, второй вход которого соединен с установочными входами счетчика импульсов и шестым выходом блока управления, выход четвертого электронного ключа — с третьим входом вычислительного блока, а седьмой выход блока управления и его вход — соответственно с вторым входом третьего электронного ключа и выходом блока сравнения кодов.

Структурная электрическая схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит двухпозиционный переключатель 1, первый вход которого подключен к выходу источника 2 измеряемого напряжения, второй вход через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3 соединен с выходом электронного ключа 4, а третий вход — к первому выходу блока

5 управления, второй выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) б, второй вход которого связан с выходом переключателя 1, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока 5 управления 8 — соответственно с первыми входами вычислительного блока 7 и электронных ключей 4, 8, 9 и 10. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с вторым входом ключа 9 и счетным входом счетчика 11 импульсов, установочные входы которого соединены с шестым выходом блока 5 управления 8, а выход — с входом ключа 10 и первым входом блока 12 сравнения кодов.

Выход блока 12 связан с входом блока 5 управления, а второй вход блока 12 — с выходом регистра 13 хранения, вход которого соединен с выходом ключа 10 и входом регистра 14 памяти. Первые вход и выход регистра 14 подключены соответственно к выходу и второму входу вычислительного блока, третий вход которого соединен с выходом ключа 9. Второй выход регистра памяти 14 соединен с вторыми входами ключей 4 и 8, выход ключа 8 — с входами блока 15 цифровой индикации и блока 16 цифровой регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6 с помощью двухпозиционного переключателя 1 подключается источник 2 измеряемого напряжения. Код измеряемого напряжения, преобразованного в АЦП б, записывается в счетчике 11 и через ключ 10 подается в регистр 13 хранения и регистр 14 памяти, откуда переписывается в вычислительный блок 7 и через ключ 4 подается на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП)

3. На выходе последнего получается на5

2з

65 пряжение, равное по величине результату цифрового преобразования АЦП б измеряемого напряжения (со всеми погрешностями) . Это вспомогательное напряжение с помощью переключателя 1 подключается к АЦП б, и производится его цифровое преобразование. Образующийся код последовательно вводится в предварительно обнуленный счетчик 11 до сравнения с исходным кодом измеряемой величины, момент которого отмечается блоком 12 сравнения кодов.

Если момент сравнения наступил раньше, чем произошло полное преобразование вспомогательного напряжения в цифровой код, то код погрешности первого приближения, соответствующий разности между образующимся и исходным кодом, через ключ 9 поступает в вычислительный блок

7, где вычитывается из ранее записанного исходного кода измеряемого напряжения.

Если же код вспомогательного напряжения сформировался, а момент сравнения еще не наступил, то код погрешности первого приближения, соответствующий разности исходного и полученного кодов, через ключ 9 поступает в вычислительный блок 7, где складывается с исходным кодом измеряемого напряжения. Полученный

«первый скорректированный результат» из вычислительного блока 7 переписывается в регистр 14 памяти и далее через ключ 4 подается в ЦАП 3, на выходе которого получается соответствующее напряжения. В результате цифрового преобразования напряжения ЦАП 3, производящегося по описанному алгоритму, в вычислительном блоке 7 образуется «второй скорректированный результат», определяющий соответствующее напряжение ЦАП 3. Далее коррекция осуществляется аналогично. Очевидно, что каждый последующий скорректированный результат получается точнее предыдущего, поэтому цифровую индикацию и регистрацию целесообразно проводить с некоторого по счету скорректированного результата в зависимости от заданной точности и погрешности АЦП 6.

В процессе преобразования по способу последовательных приближений, при заданном конечном числе циклов коррекции возможна ситуация, когда погрешности оказываются полностью скорректированными, а измерительно-вычислительный процесс еще не закончен. Это приводит к дополнительным потерям в быстродействии. Предложенное устройство лишено приведенного недостатка. Для этого блок 5 управления предусматривает прекращение измерительно-вычислительного процесса с выводом результата измерения через ключ 8 на блок

15 цифровой индикации и блок 16 цифровой регистрации, если исходный код измеряемого напряжения (со всеми погрешностями) равен коду преобразованного на677096

5 пряжения ЦАП 3; так как при этом код погрешности очередного по счету приближения не формируется. Это означает, что погрешности аналого-цифрового преобразования оказываются полностью скорректированными. В результате прямого измерительного преобразования аналоговой величины получаем следующую зависимость:

V„(1+ 2) + V. (1) где у, — результат измерительного преобразования измеряемой величины; а — относительная мультипликативная составляющая погрешности цифрового преобразования;

v абсолютная оддитивная составляющая погрешности цифрового измерения.

Считаем, что погрешности, вносимые входным переключателем 1 и ЦАП 3, пренебрежимо малы. Полагая, что за время измерения состояния измерительной схемы (а и v) значения измеряемой величины остаются неизменными, для первого скорректированного результата получим у — уа+ М где N> — код погрешности «первого приближения» i = — (Уе — У@) — {((1+ )у,+Vj — у,), здесь у— = (1+а) 8<+v — результат цифрового преобразования напряжения обратно преобразуемого кода у,. Поставляя в выражение для у> значение у, из выражения (1), получим у,: У (1 — z) — aV. (2)

Для второго скорректированного результата имеем уз — pi + и где И = — (уд — у )= — Ц(1-+а)у,+Vj — у ).

Представляя в выражение для у соответствующие значения из выражений (1) и (2), получим у, = Ь (1+ к )+a V. (3)

Производя аналогичные вычисления для и-ro скорректированного результата, получим: у,„= V (1 — (— )""j+ (— )" V (4)

Как видно из формулы (4), при соблюдении оговоренных условий, начиная с определенного скорректированного результата, погрешность измерения практически не зависит от погрешности цифровой измерительной системы и определяется погрешностями входного переключателя 1 и

ЦАП 3, которые целиком входят в результат измерения.

Из изложенного следует, что для осуществления и циклов коррекции необходимо произвести всего (и+1) операцию изме5

З0

6 рения, что при достаточно большом и дает двухкратный выигрыш в быстродействии по сравнению с приведенным прототипом.

Следует также отметить, что еще одним преимуществом данного устройства является возможность прекращения измерительно-вычислительного процесса при осуществлении полной коррекции погрешности измерения независимо от заданного числа циклов коррекции.

Формула изобретения

Цифровой измеритель напряжения, содержащий двухпозиционный переключатель, первый вход которого подключен к выходу источника измеряемого сигнала, второй вход через цифроаналоговый преобразователь соединен с выходом первого электронного ключа, а третий вход соединен с первым выходом блока управления, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первыми входами аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока, первого и второго электронных ключей, а выход двухпозиционного переключателя соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход и выход вычислительного блока соединены соответственно с первым выходом и входом регистра памяти, второй выход которого соединен с вторыми входами первого и второго электронных ключей, а выход второго электронного ключа соединен с входами блоков цифровой индикации и цифровой регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены два электронных ключа, счетчик импульсов, блок сравнения и регистр хранения, вход которого соединен с выходом третьего электронного ключа и вторым входом регистра памяти, а выход которого соединен с первым входом блока третьего электронного ключа и выходом счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и первым входом четвертого электронного ключа, второй вход которого соединен с установочными входами счетчика импульсов и с шестым выходом блока управления, а выход четвертого электронного ключа соединен с третьим входом вычислительного блока, а седьмой выход блока управления и его вход соединены соответственно с вторым входом третьего электронного ключа и выходом блока сравнения кодов.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Алиев Т. М. и Сейдель Л. P.Автоматиская коррекция погрешности цифровых измерительных приборов. М., «Энергия», 1975, гл. 2 — 1.

2. Авторское свидетельство СССР

КО 221199229900, кл. Н ОЗК 13/02, 1967.

677096

Составитель И. Стом

Редактор E. Караулова

Корректор Л. Орлова

Заказ 2353/2 Изд. М 579 Тираж 1060 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2