Устройство для измерения синусоидального напряжения

 

К УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИНУСОВДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, состоящее из аналого-цифрового преобразователя , блока регистрации, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения проведения контроля систем управления в динамическом режиме, а также повьппения достоверности и точности измерения путем исключения ложных измерений синусоидального напряжения низкой частоты (единиц и долей герца) и снижения времени измерения до значения времени полупериода, оно снабжено аналоговым запоминающим устройством и следящей системой, содержащей последовательно соединенные эмиттерный повторитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, логический блок, счетчик импульсов, реверсивный счетчик с предустановкой, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства и генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетными входами счетчика импульсов и реверсивного счетчика, причем первый выход логического блока соединен с входами начальной установки счетчиков, второй выход логического блока - с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов счетчика импульсов соединены с входами разрядов предустановки реверсивного счетчика таким образом, что первый разряд счетчика импульсов соединен с нулевым разрядом реверсивного счетчика, второй разряд счетчика - с первым разрядом реверсивного счетчика и т.д., выходы реверсивного счетчика соединены с входами блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства , третий выход логического блока соединен с входом счетчика импульсов , четвертый выход логического блока - с разрешающим входом блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и аналогового запоминающего устройства , выход аналогового запоминающего устройства соединен с входом эмиттерного повторителя, а его выход - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя , выход которого соединен с управляющим входом блока регистрации, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами блока регистрации . 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что логический блок выполнен в виде двух последовательно соединенных схем совпадения, формирователя одиночных импульсов, реверсивного счетчика и триггера, причем выход формирователя строб-импульсов соединен с входом первой схемы совпадения, цепь включения питания соединена с входом формирова

COOS СОВЕТСНИХ

ОРИ ГИВИ

PEQlVSJlMH

69) (И) зц)) С 01 R 19/02 Ф.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 4 ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I j

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3431689/18-21 (22) 26.04.82 (46) 23.07.84. Бюл. У 27 (72) В.А. Яковлев, В.И. Кучковский, Е.А. Захаров и П.В. Харин (53) 621.317.7(088.8) (56) 1. Шляндин В.M. Цифровые измерительные устройства. М., "Высшая школа", 1981, с. 285-286, рис. 4.35.

2. Вольтметр типа P-386. Техническое описание. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СИНУСО)(ДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, состоящее из аналого-цифрового преобразователя, блока регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения проведения контроля систем управления в динамическом режиме, а также повышения достоверности и точности измерения путем исключения ложных измерений синусоидального напряжения низкой частоты (единиц и долей герца) и снижения времени измерения до значения времени полупериода, оно снабжено аналоговым запоминающим устройством и следящей системой, содержащей последовательно соединенные эмиттерный повторитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, логический блок, счетчик импульсов, реверсивный счетчик с предустановкой, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства и генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетными входами счетчика импульсов и реверсивного счетчика, причем первый выход логического блока соединен с входами начальной установки счетчиков, второй выход логического блока — с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов счетчика импульсов соединены с входами разря-. дов предустановки реверсивного счетчика таким образом, что первый разряд счетчика импульсов соединен с нулевым разрядом реверсивного счетчика, второй разряд счетчика — с первым разрядом реверсивного счетчика и т.д., выходы реверсивного счетчика соединены с входами блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, третий выход логического блока соединен с входом счетчика имФ пульсов, четвертый выход логического 9 блока — с разрешающим входом блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с управляющими входамк аналого-цифрового преобразователя Я и аналогового запоминающего устройства, выход аналогового запоминающего устройства соединен с входом эмиттерного повторителя, а его вьмод — с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, вьмод которого соединен с управляющим входом блока регистрации, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами блока регистрации.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что логический блок выполнен в виде двух последовательно соединенных схем совпадения, формирователя одиночных импульсов, реверсивного счетчика и триггера, причем выход формирователя строб-импульсов соединен с входом первой схемы совпадения, цепь включения питания соединена с входом формирова1104428 теля одиночного импульса, выход которого соединен с R -входом триггера, Б-вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика,(3q,dg,dyвходы которого соединены с общей точкой, 31 -вход разомкнут, С-вход соединен с выходом формирователя одиночного импульса, вход "-1" " с выходом формирователя строб-импульсов, 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления режимом работы аналогоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля или управления.

Известен цифровой вольтметр с 5 параллельно-последовательным уравновешиванием во времени, содержащий программирующее устройство, декаду пороговых элементов, сумматоры, преобразователь код - напряжение, ре- 10 гистр и цифровое отсчетное устройство (1) .

Недостатком вольтметра является низкое быстродействие и невозможность проведения измерений на низких 15 частотах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой вольтомметр Р-386, содержаI щий аналого-цифровой преобразователь 20 (АЦП), состоящий из входного блока, образцового источника напряжения, преобразователя входнык величин в напряжение постоянного тока, генератора опорной частоты, фазового детек- 25 тора, схемы выделения помехи, синхронизатора, селектора, схемы пропускания, схемы управления и счетчика, блок регистрации, состоящий из схемы определения знака, дешифратора и отсчетного устройства, причем к одному из входов преобразователя напряжениедлительность присоединен входной блок, а к другому - образцовый источник напряжения. К входу входного блока через переключатель подсоединяется вого запоминающего устройства выполнен из трех схем совпадения.и тфтгера, причем первые входы первых двух схем совпадения соединены с выходами реверсивного счетчика с предустановкой, на вторые их входы поданы соответственно, на первый — код tn единиц, нв второй — код О, выход первой схемы совпадения соединен с о— входом триггера, выход второй — с ,R-входом триггера, первый вход третьей схемы совпадения соединен с выходом. триггера, второй ее вход— с выходом триггера логического блока. шина входного сигнала постоянного тока либо через преобразователь входных величин в напряжение постоянного тока шина входного сигнала переменного тока. Цифровой блок содержит фазовый детектор, генератор опорной частоты и синхронизатор, соединенные в кольцо, к входу фазового детектора также присоединена схема выделения помехи, а к входу синхронизатора— схема пропускания, образующая с ним кольцо, выход синхронизатора соединен с селектором и со схемой определения знака, селектор, схема определения знака, отсчетное устройство, дешифра-. тор, счетчик, схема управления и схема пропускания также образуют кольцо, кроме этого, выход селектора соединен со схемой пропускания„ а выход схемы пропускания - с входом счетчика. Преобразователь напряжение— длительность с помощью трансформатора связан с синхронизатором, а с помощью второго трансформатора - с селектором цифрового блока (2) .

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное наличием на выходе усилителя-выпрямителя фильтра с достаточно большой постоянной времени.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности проведения контроля систем управления в динамическом режиме, а также повышение до1104428 стоверности и точности измерения путем исключения ложных измерений синусоидального напряжения низкой частоты (единиц и долей герца) и снижения времени измерения до значения времени полупериода.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения синусоидального напряжения, состоящее из аналого-цифрового преобразователя 1Î и блока регистрации, снабжено аналоговым запоминающим устройством (АЗУ) и следящей системой, содержащей последовательно соединенные эмиттерный повторитель, компаратор, формирова тель строб-импульсов, логический блок, счетчик импульсов, реверсивный счетчик с предустановкой, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства и генератор опорной частоты, выход которого соединен со счетными входами счетчика импульсов и реверсивного. счетчика, причем первый выход логического блока соединен с входами начальной установки счетчи-25 ков, второй выход логического блока— с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов счетчика импульсов соединены с входами разрядов предустановки реверсивного счетчика таким образом, что первый разряд счетчика импульсов соединен с нулевым разрядом реверсивного счетчика, второй разряд счетчика — с первым разрядом реверсивного счетчика и т.д., выходы реверсивного счетчика соединены с входами блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, третий выход логического блока соединен с входом счетчика импульсов,4 четвертый выход — с разрешающим входом блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с управляющими ВХОдами аналОГО цифрОВОГО пре- 4> . образователя и аналогового запоминающего устройства, вход аналогового запоминающего устройства соединен с входом эмиттерного повторителя, а его выход — с аналоговым входом ана50 лого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом блока регистрации, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами блока регистрации.

При этом логический блок выполнен в виде двух последовательно соединенных схем совпадения, формирователя одиночных импульсов, реверсивного счетчика и триггера, причем выход формирователя строб-импульсов соединен с входом первой схемы совпадения, цепь включения питания соединена с входом формирователя одиночного импульса, выход которого соединен с

R-входом триггера, 5 -вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика, d,d,ä -входы которого соединены с общей точкой, d -вход разомкнут, С-вход соединен с выходом формирователя одиночного импульса, вход "-1" — с выходом формирователя строб импульсов.

Кроме того, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства выполнен из трех схем совпадения и триггера, причем первые входы первых двух схем совпадения соединены с выходами реверсивного счетчика с предустановкой, на вторые их входы поданы соответственно на первый — код т единиц, на второй— код О, выход первой схемы совпадения соединен cS -входом триггера, выход второй - cR -входом триггера, первый вход третьей схемы совпадения соединен с выходом триггера, второй ее вход — с выходом триггера логического блока.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства для измерения синусоидального напряжения; на фиг.2 — логический блок; на фиг.З вЂ” блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства; на фиг.4 — циклограммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержйт эмиттерный повторитель 1, вход кото.„.ого и вход АЗУ объединены и являются входом устройства, выход эмиттерного повторителя 1 связан с последовательно соединенными компараъором 2, формирователем 3 строб-импульсов и логическим блоком 4, один выход логического блока 4 соединен с входом счетчика

5 импульсов, второй — с входами счетчика 5 импульсов и реверсивного счетчика 6 с предустановкой, третий — с входом реверсивного счетчика с предустановкой и четвертый — с-входом блока 7 управления режимом работы

АЗУ. Выходы счетчика 5 импульсов соединены с входами реверсивного счетчика 6 с предустановкой, а выходы последнего — с входами блока 7 управления режимом работы АЗУ, выход кото1104428 рого соединен с входами АЗУ 8 и

АЦП 9. Входы счетчика 5 импульсов и реверсивного счетчика 6 с предустановкой соединены с выходом генератора

10 опорной частоты. Выход аналогового 5 запоминающего устройства 8 связан с входом АЦП 9, выходы которого соединены с входами блока 11 регистрации, причем один из выходов АЦП 9 дополнительно соединен с входом блока 11 ре- t0 гистрации.

Логический блок (фиг.2) содержит последовательно соединенные схемы 12 и !3 совпадения, вход схемы 12 совпадения и вход "-1" реверсивного счетчика 14 с предустановкой объединены и являются одним из его выходов, вы.ход схемы 13 совпадения является вторым выходом блока, логический блок содержит также формирователь 15 одиночного импульса, вход которого является входом блока, .а выход— третьим выходом блока и соединен также с входами реверсивного счетчика

14 с предустановкой и триггера 16..

Входы о, dg и d реверсивного счетчика 14 с предустановкой соединены с общей шиной, вход d, — свободный, а выход соединен с вторым входом триггера 16, выход которого является четвертым выходом блока.

Блок управления режимом работы

АЗУ (фиг.3) содержит две схемы 17 совпадения, часть входов которых объединены и являются входами блока, З остальные входы также объединены и соединены с общей шиной, образуя коде и код О. Выходы схем 17 совпадения соединены с входами триггера 18, выход которого связан с входом схемы 40

19 совпадения, другой вход которой является вторым входом блока, а выход — .выходом блока.

Устройство работает следующим образом. 45

На вход устройства поступает измеряемое синусоидальное напряжение, далее онс разветвляется и попадает на вход АЗУ 8 и на вход эмиттерного повторителя 1 следящей системы. 50

В режиме слежения выходное напряжение аналогового запоминающего устройства 8 повторяет входное напряжение до момента подачи команды на хранение информации, когда запоминает- ся потенциал в той точке кривой, где его застала команда "Хранение информации" или "Запоминание".

С выхода эмиттерного повторителя, играющего роль развязывающего з ена, сигнал попадает на компаратор, где преобразуется в прямоугольные.импульсы той же частоты (1!eblx. ощ,), далее по передним и задним фронтам этих же импульсов с помощью формирователя строб-импульсов вырабатываются сигнаU цыу . apo p% .c Tp4b.NMA. y которые поступают на вход логического блока

4. Логический блок 4 управляет рабо той счетчика 5 импульсов, реверсивного счетчика 6 и блока 7 управления режимом работы АЗУ. В счетчик 5 импульсов записывается определенное число импульсов .от генератора 10 опорного напряжения за время, длящееся между передними фронтами двух следующих один за другим строб-импульсов, причем при поступлении импульса происходит перепись информации в реверсивный счетчик и затем через линию 12-13 задержки сброс информации счетчика 5, после чего счетчик

5 опять начинает счет импульсов. Запись информации в реверсивный счетчик 6 сО счетчика 5 происходит со сдвигом на один разряд, т.е. в реверсивный счетчик 6 записывается вдвое меньше импульсов, чем в счетчик 6.

Сразу же после записи предустановки в реверсивный счетчик 6 начинается обратный счет, и по обнулению информации в нем появляется сигнал

Ь цщ pesepc coeds ° ЭтОт сигнал поступает на блок 7 управления режимом работы АЗУ 8, с выхода которого выдается команда одновременно на запись информации в АЗУ 8 и на начало измерения с помощью AlgI 9. По окончании измерения с АЦП выдается сигнал на регистрацию результата измерения.

При включении устройства (цепь включения на фиг.1 не показана) сигналом начального сброса триггер 16 ! разрешения работы АЗУ устанавливается в "0", одновременно в счетчик 14 запуска (выполнен на микросхеме реверсивного счетчика) записывается код 2 с входов de, d,, d и dp по команде, поступившей на его С"вход. После поступления на вход "-1" счетчика 14 второго строб-импульса после включения устройства им на выходе " = 0" вырабатывается сигнал установки триггера 16 в рабочее положение "Разрешение работыАЗУ". Триггер 16 остается в этом положении вплоть до выключения

1104428 устройства. Это обеспечивает защиту от ложных измерения и основано на том, что первый импульс после включения устройства пропускается, а измерение начинается с второго. Включение устройства может произойти в любой момент времени изменения мгновенных значений синусоиды, а так как в устройстве есть усипитель и компаратор, то в момент включения произойдет 10 практически мгновенное нарастание сигнала на выходе компаратора, что приведет к появлению импульса на выходе формирователя. Поэтому измерение производится по второму импульсу. 15

Кроме того, в логическом блоке предусмотрена задержка на время переписи данных счетчика в устройство предустановки реверсивного счетчика, после чего происходит сброс для на- 20 чала нового цикла. Все это дает возможность повысить достоверность и точность измерения иэ-за исключения факторов случайности.

В блоке управления режимом работы 25

АЗУ (фиг.З) имеется два цифровых компаратора (схемы 17 совпадения), один из которых настроен на е импульсов, другой — на О. Первый компаратор за m импульсов до измерения переводит 30 блок 7 управления режимом АЗУ из режима хранения в режим слежения, а по срабатыванию второго компаратора

АЗУ переходит в режим хранения, с этого момента производятся измерения.

Прохождение управляющего сигнала на АЗУ вентилируется с помощью схемы

19 совпадения сигналом разрешения работы АЗУ с триггера 16. Число rn выбирается в зависимости от опорной 40 частоты так, чтобы времени прохождения т импульсов хватило для перехода

АЗУ из режима хранения в режим слежения с тем, чтобы после установления режима слежения опять перейти в режим хранения. Для реальных АЗУ оно оценивается s 5 мкс. Это обеспечивает повышение достоверности результатов измерений, .так как логика работы устройства дает возможность избежать случайных измерений, когда запомнено предыдущее значение напряжения,.

Сигнал, снимаемый с выхода АЗУ (Б, ц ), показан на фиг.4.

Устройство производит измерение амплитуды входного сигнала в момент наступления полупериода, причем с точностью до долей градуса в зависимости от частоты измеряемого напряжения. АЗУ хранит в течение 10 мс информацию с уменьшением потенциала всего на 0,17.. Этого. времени достаточно для провеДения нескольких замеров АЦП.

Кроме того, устройство позволяет измерять напряжения с частотой до долей герца, так как в нем нет элементов, зависящих от частоты. При этом время замера не превышает полупериода после первого измерения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить работу автоматических следящих систем, где используются датчики, работающие на переменном токе, а также дает возможность проводить контроль следящих систем в динамическом режиме, позволяя измерять синусоидальное напряжение низкой частоты за время, равное полупериоду частоты измеряемого сигнала.

1104428

Йщюд записи юаа 5 Ребер. счегпчик

Слюд с4юса четчика импульс од

Яачиыый

c4we

РазРаиение

РайтЬ! A3g

1104428

Р

eve

Разрешение радовы АО

uaba. кемп, Счетчик имаульсо8

РЕРеЩ счетчик

Составитель Г. Крапива

Редактор О. Юрковецкая Техред Т.Маточка Корректор А.Дзятко

Заказ 5204/31

Фьа. орм. строб-иип.

up, рИерс счет ч.

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

АЗУ

Ююаиены