Интегрирующий цифровой вольтметр

 

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ШФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР, содержащий генератор стабипьной частоты, первый счетчик кмпупь сов, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом гене1эатора пилообразного напртженйя, отпи чающийся тем; что, с цепью повышения точности и расширения фуш ционатаьных возможностей, :в него .введены второй .счетчик импульсов, линия задержки, два -триггера, диод, элемент ИЛИ, rei epaTop запуска, множител ное устройство, три элемента И, первый вход первого из которьге соединен с вхо дом генератора .пилообразных напряжений и прямым ъыкожял первого RS -триггера , второй вход - с ъыкоаам генератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов, а выход - .с первым входом множительного устройства, выход которого соединен со счетным входом первогчз счетчика импульсов , второй вход - со вторым входом входного устройства и первым выходом второго счетчика импульсов, и первым входом элемента ИЛИ; третий вход - с третьим входом входного устройства и выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и единичным входом первого RS -триггера и через диод - с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго счетчика импульсов и инверсным выходом первого R5 -трйггёг, и через линию задержки - с нулевым входом второго RS -триггера, а второй вход второго эле:Мента И. соединен с инверсным выходом второго R5 -триггера, единичный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй )входы которого соединены соот ветотвенно со вторым и третьим выходами второго счетчика импульсов, при этом Нулевой вход первого R9-триггера соединен с выходом компаратора. j

: СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ос9 (и) gm. Н 03 К 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3367776/1 8-21 (22) 23.12;81 (46) 07.07.83. Бюп. М 25 (72) В. В. Бахарев и И. В. Киселев(53) 681.325 (088.8) (563 1. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л., Энергия, .1976, с. 56.

2. Хризман С.С. цифровые измерительные приборы и системы..Киев, Наукова думка, 1970, с. 36 (прототип). (54) (57) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ

ВОЛЬТМЕТР, содержащий генератор. стабильной частоты, первый счетчик импупь сов, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а вы» ход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, отличающийся тем; что, с целью повышения точности и расширения фунцционапьных возможностей, в него введены второй счетчик импульсов, пиння задержки, два gQ -триггера, диод, элемент ИЛИ, генератор запуска, множитель ное устройство, три элемента И, первый вход первого из которых соединен с вхо- дом генератора пилообразных напряжений и прямым выходом первого RS -триггера, второй вход - с выходом генератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов, а выход — с первым входом множительногоо устройства, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй вход - со вторым входом вход ного устройства и пе рвы м Вы ходом второго счетчика импульсов, и первым входом элемента ИЛИ; третий вход — с третьим входом входного устройства и выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и единичным входом первого

85 -триггера и через диод - с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго д счетчика импульсов и инверсным выходом первого R5 -триггера, и через линию задержки - с нулевым входом второго

R5 -триггера, а второй вход второго элемента И. соединен с инверсным выходом второго R5 -триггера, единичный вход .Я которого соединен с выходом элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходамн второго счетчика импульсов, при этом нулевой вход первого R5 -триггера соединен с выходом компаратора.

1027817

Изобретение относится к преобразованию информации и испопьзуется при построении иэмеритепьных приборов.

Известны интегрирующие цифровые вольтметры со статическим усреднением, 5 в которых измерение входного напряжения основано на неоднократном сравне» нии его с линейно изменяющимся опорным напряжением и поспецуюшем усреднении реэупьтатов сравнения. В этом случае 10 дисперсия среднеарифметического М Везависимых измерений уменьшается в И раз, а среднеквадратическая погрешность « в «/М раэ (1 .

Недостатком данного устройства явпя- 15 ется ограничение диапазона измерений, определяемого принципами работы и- параметрами конкретного устройства.

Известно устройство, содержащее входное устройство (ВУ)., компаратор (К),20 генератор пилообразного напряжения (ГПН), бпок управления (БУ), генератор стабильной частоты (ГСЧ), цифровой индикатор, счетчик импульсов, блок управпения пределамиI 2).

НедосТатками известного устройства явпяются большие динамические ошибки и возможностью измерения напряжения топько одного знака.

Uen изобретения « повышение точнос- д0 ти и расширение функциональных возможностей.

Поставленная пель достигается тем, что в интегрируюший цифровой вольтметр, соцержаший генератор стабипьной часто- 35 ты, первый счетчик импупьсов,, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, в него введены второй счетчик импульсов, пиния задержки, два Р- Q- риггера, диод, элемент ИЛИ, генератор запуска, множительное устройство, три. элемента И, 45 первый вход первого иэ которых соединен с входом генератора пипообразных напряжений и прямым выходом первого

Я- ; -триггера, второй вход — с выходом генератора стабипьной частоты и счет» ным входом второго счетчика импульсов, а выход - с первым входом множительного устройства, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй вход — со вторым входом входного устройства и первым выходом второго счетчика импульса и первым входом элемента ИЛИ, третий входс третьим входом входного устройства и выходом второго апемента И, первый вход которого соединен с выходом гене-: ратора запуска и единичным входом первого R->ъ-триггера и через диод с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго счетчика и инверсным выходом первого R-5 -триггера, и через пинию задержкн - с нулевым входом второго

К-6-триггера,а второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом второго g-5 -триггера, единичный вход которого соединен с выходом элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего эпемента И> первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами второго счетчика импупьсов, при атом . нулевой вход первого К-g -триггера сое-.динен с выходом компаратора.

На фиг. 1 представлена блок-схема интегрируюшего цифрового вольтметра со статическим усреднением и адаптивным выбором прецепа измерения; на фиг. 2временные графики, поясняюшие его работу.

Интегрируюший цифровой вопьтметр со статистическим усреднением и адаптивным выбором прецепа измерений содержит входное устройство 1, компаратор 2, генератор,З пипообразного напряжения, первый элемент И 4 множительное устройство 5, первый счетчик

6 импульсов, первый Я -триггер 7, генератор 8 запуска, второй счетчик 9 импульсов, генератор 10 стабильной частоты, второй эпемент И 11, элемент

ИЛИ 12, второй R 5 триггер 13, третий элемент И 14, эпемент 15 задержки, развязываюший диод 16.

Перечисленные эпементы соединенйа между собой следующим образом.

Выход входного устройства 1 соединен с первым входом компаратора 2, с вторым входом которого соединен выход генератора 3 пилообразного напряжения, Выход компаратора 2 соединен с нуле вым входом первого Я> -триггера 7, к единичному выходу которого подключен выход генератора 8 запуска. Прямой выход первого Rq-триггера 7 подан на вход генератора пилообразного напряжения и одновременно на вход первого логического эпемента И, на второй вход которого подключен выход генератора

10стабильной частоты (ГСЧ) .Одновременно выход генератора 10 стабильной частоты подключен на счетный вход Т второго счетчика 9 импульсов. К объ3 1027 единенной шине "Запись 1 " и Сброс второго счетчика 9 импульсов подключен вьисод первого Rg -триггера 7, на ету же шину через раэвяэывающий диод 16 подкпючен выход генератора 8 запуска, причем шина Запись 1 соединена с единичными входами мпадшйх; разрядов второго счетчика 9 импупьсов, а шина Сброс - с нулевыми входами всех; остальных разрядов второго счетчика 9.. ц

Выход самого старшего разряда М .второго счетчика импульсов 9 подан на второй вход элемента ИЛИ 12 и одновременно на второй вход входного устройства 1, несколько выходов второго счетчика 9, предшествующих разряду Я, поданы на соответствующие входы второго элемента И 11, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 12. Выход элемента ИЛИ 12 подключен на единичный вход второго В9 -триггера 13, нупевой вход которого соединен через элемент 15 задержки с выходом генератора 8 запуска. Диснерсный выход второго R5-триггера 13 подключен к 2s первому входу третьего элемента И 14, выход.которого в свою очередь подан на третий вхоц входного устройства 1 и одновременно на третий вход множитель ного устройства 5, первый вход которого соединен с выходом первого элемента

И 4, Выход множитепьного устройства

5 подключен к счетному входу первого счетчика 6 импульсов, выход которого является выходом всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое напряжение Ц поступает на входное устройство 1, гце оно нормализуется и смещается на величину

Ц и далее поступает на первый вход компаратора 2, на второй, вход которого подается пилообразное напряжение

ГИИ с генератора 3 пилообразного напряже» 4> ния (ГПН), запуск которого осуществля-ется потенциальным сигналом, постунак щим с прямого выхода первого Rg -триггера, который в свою очередь перекшочается в единичное состояние импульсами 5О

Т4 с генератора 8 запуска (ГЗ). С момента запуска ГПН 3 тактовые импульсы Т с ГСЧ 10 поступают на счетный вход второго счетчика 9 импульсов и заполняют его до момента выработки им- 55 пупьсного сигнала с компаратора 2, ко торый вырабатывается в момент равенст» ва напряжений.

817 4

Сигнал с компаратора 2 поступает на нулевой вход первого RS -триггера 7, с

: инверсного выхода которого потенциапь . ный сигнап обнупяет второй счетчик 9 и одновременно записывает в его младшие

- разряды ецинипы. Число мпацших разрядов, в которые записываются единицы, опре . депяется от предпагаемой скорости и величиной изменения измеряемого напряжения, что необхоцимо дпя того, чтобы обеспечить гарантированное перепопйение счетчика в пределах между двумя модупирующими импульсами Т при величине измеряемого напряженйя, близкой к предепьному дпя текущего диапазона измерения. Развязывающий диод 16 необходим дпя того, чтобы развязывать цепи прохождения сигнала с Rg -триггера 7 и сигнала ГЗ 8:

При запуске ГПН 3 тактовые импульсы Т через епемент И 4 и множитепь ное устройство 5 заполняют также и первый счетчик 6, в который поступают пачки TBKTOBbI х импульсов Т, Число пачек ипи же период опроса первого счетчика импульсов цифрового вольтметра зависит от требуемой точности измерения и скорости изменения вхоцного напряже.ния.

Множительное устройство 5 изменяе период слецования импульсов Т при кажцом переполнении счетчика 9, а также при уменьшении абсолютного значения измеряемого напряжения qo определенной веиичины.

Второй счетчик 9 заполняется также и во время от момента прохождения импульса с компаратора 2 до поступления спецующего имнупьса с ГЗ 8. За этот промежуток времени счетчик 9 перепопняется и в том случае, если величина измеряемого напряжения является близкой к предельному значению дпя текущего диапазона измерения и отрицательной за

- сче1 смещения измеряемого напряжения на величину Uq, производимого во вхоцном устройстве 1.

При переполнении второго счетчика 9 импульс переполнения (единица в и -м разряде) поступает на входное устройство

1, множительное устройство 5 и изменяет их передаточный коэффициент. При етом величина сигнапа на выходе входного уст: ройства 1 уменьшается, что поэвопяет произвести его сравнение с сигналом с ,ГПН 3 в пределах периода Т .

Производится также и соответствующее уменьшение периода спецования импупь10 сов в первый счетчик импупьсов. Если же усреднение эамеренных значений входного напряжения производится эа один период Т, то можно обойтись и без множитепьного устройства 5.

Еспи значение входчого напряжения начинает уменьшаться, то производится восстановление прежних передаточных коэффициентов устройств 1 и 5.

Это происходит следующим образом.

При уменьшении входного напряжения на опредепенную величйну разряды Я -1 и -2 второго счетчика 9 импупьсов не .эапопняются . При этом второй Pg тр п гер 1 3 будет находиться в нупевом состоянии и с его инверсного выхода потенциальный сигнап поступает на первый вход третьего эпемента И 14, на второй вход которого подается сигнал с ГЗ 8, при этом сигнал с выхода эпемента И 14 поступает на третьи входы множитепьного устройства 5 входного устройства 1 и восстанавпивает предыдущие значения их . передаточных коэффициентов. Сигнал с выхода ГЗ 8 через элемент 15 задержки подается на нупевой вход второго Б®триггера 13 дпя того, чтобы подготовить устройство к работе в текущем такте Т .

781 7

Аналогичнйм образом работает устройство при прохождении сигнапа с компаратора 2.

Еспи в течение промежутков времени от Т до сигнапа с компаратора 2 или от сигнапа с компаратора до следующего Т в разрядах g - 1 и и - 2 будут единицы, то на выходе второго элемента

И 11 появится сигнал, который проходит через эпемент ИЛИ 12 и поступает на единичный вход BQ -.триггера 13. На его инверсном выходе сигнап будет равен нулю и имд о ГЗ 8 через третий погический элемент И 14 не проходит.

15 Предлагаемое устройство обладает способностью менять свой передаточный коэффициент в зависимости от вепичины входного измеряемого напряжения, что позволяет независимо от скорости и знака изменения измеряемого напряжения автоматически выбирать требуемый диапазон измерения, при этом производится перекпючение диапазона измерений беэ сброса накоппений информации, что поэвопяет использовать эффект. статистического усреднения мгновенного значения изме- . ряемого напряжения и значительно .повышает точность измерений.

1027817

1027817 ! !!!11! ll i! !!

I I! г, у!! 1 ! !

ВНИИПИ Заказ 4754/58 Тираж 936 Подписное

Филиал ППЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4