Цифровой вольтметр переменного напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1 09661

3(у) G 01 К 19/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Q ìÛ:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3568269/18-21 (22) 24.03..83 (46) 23.08.84. Бюл. Р 31 (72) В.К. Новиков, В.В. Моисеенко и С.A. Летемин (71) Владимирский политехнический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 241535, кл. С 01 R 19/02, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 918869, кл. G 01 R 19/25, 1980 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок образцовых напряжений и блок сравнения, второй вход которого соединен с входной шиной, последовательно соединенные генератор опорной частоты и счетчик периода измерения, последовательно соединенные сумматор и блок извлечения квадратного корня, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных воэможностей путем одновременного измерения действующего и среднего значений напряжения, в него введены-счетчик, последовательно-соединенные дешифратор опорного уровня, преобразователь кода с гиперболической характеристикой и блок сравнения кодов, выход которого соединен с первыми входами реверсивного счетчика и счетчика, управляющим входом дешифратора опорного уровня, и инфор-. мационных входов которого соединены с выходами блока сравнения, и-й информационный вход соединен с вторым входом реверсивного счетчика, а выход — с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом счетчика периода измерения, вход которого соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения кодов. блока переноса и входом второго разряда реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены через первый и второй блок переноса соответственно к первым входам первого и второго сумматоров, вторые входы последнего через третий блок переноса соединены с выходами первого сумматора, а выходы — с первыми входами делителя кодов, вторые входы которого через счетчик периода подключены к управляющим входам второго и третьего блоков переноса.и выходу второго ключа, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выходы делителя кодов соединены с вторыми входами первого сумматора, выход которого подключен к входу первого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с входами реверса реверсивного счетчика и первого сумматора 2 .

Недостатками известного вольтметра являются сложность схемы и ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения действующего и среднего значений напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок образцовых напряжений и блок сравнения, второй вход которого соединен с входной шиной, последовательно соединенные генератор опорной частоты и счетчик периода измерения, последовательно соединенные сумматор и блок извлечения квадратного корня, введены счетчик, последовательно соединенные дешифратор опорного уровня, преобразователь кода с гиперболической характеристикой и блок сравнения кодов, выход которого соединен с первыми входами реверсивного счетчика и счетчика, управляющим входом дешифратора опорного уровня, п информационных входов которого соединены с выходными блока сравнения, и-й информационный вход соединен с вторым входом реверсивного счетчика, а выход — с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом счетчика периода измерения, входкоторого соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения кодов.

1 1109661 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения действующего и среднего значений переменного напряжения произвольной формы.

Известно устройство для измерения

5 действующего значения напряжения инфранизкой частоты, содержащее нульорган, управляемый генератор, счетчики импульсов, преобразователь кода в напряжение, генератор тактовых . импульсов и арифметическое устройство, производящее операции деления и извлечения корня (11, К недостаткам этого устройства

15 ,относятся сложность аппаратурной реализации, причиной которой является применение AIJJI с нелинейной (квадра1 тичной) характеристикой (квадратичный АЦП включает нуль-орган, управляемый генератор, счетчик и преобразователь кода в напряжение), а также малое быстродействие, так как для получения квадратичной характеристи- . ки в обратную связь АЦП включено корнеизвлекающее устройство, в состав которого входят счетчик и преобразователь кода в напряжение. Для того, чтобы напряжение с преобразователя достигл уровня срабатывания нуль30 органа, необходим значительный интервал времени заполнения счетчика.

Устройство не позволяет также одновременно измерять действующее и среднее значения напряжения.

Наиболее близким к изобретению по З технической сущности является цифро.вой вольтметр переменного напряжения, содержащий блок образцовых напряжений, блок сравнения, ключи, реверсивный счетчик, два сумматора, счетчик периода, генератор образцовой частоты, подключенный к входу первого ключа, блок управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами ключей, делитель45 кодов, элемент ИЛИ, три блока переноса, блок сравнения выполнен в виде параллельно включенных нуль-органов по количеству уровней квантования, первые входы которых соединены с входной клеммой, вторые входы — с соответствующими выходами блока образцовьж напряжений, а выходы — с входами блока управления, третий вход которого подключен к первому входу Ы элемента И 111, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход — с управляющим входом первого

1109661

N „К.U, 1

И

Вь! х Ивх (2) 3

На чертеже приведена структурная электрическая схема вольтметра.

Вольтметр содержит блок 1 сравнения, блок 2 образцовых напряжений, дешифратор 3 опорного уровня, преобразователь 4 кода с гиперболической характеристикой, блок 5 сравнения кодов, счетчик 6, генератор 7 опорной частоты, сумматор 8, блок 9 извлечения квадратного корня, счетчик 10 10 периода измерения, реверсивный счетчик 11.

Блок 1 содержит набор нуль-органов, на первые входы которых подается измеряемое напряжение. Блок 2 подключен к- вторым входам нуль-органов и задает уровни их срабатывания. Выходы нульорганов блока 1 сравнения соединены

У с входами дешифратора 3. Выход нульоргана с нулевым уровнем срабатывания соединен с управляющим входом реверсивного счетчика 11. Выход дешифратора 3 соединен с информационным входом сумматора 8 и входом преобразователя

4, выполненного, например, в виде 25 постоянного запоминающего устройства.

Выход сумматора 8 соединен с блоком 9.

Выход преобразователя 4 соединен с одним из входов блока 5, второй вход которого подключен к выходу счетчика З0

6. генератор 7 соединен со счетчиком

6 непосредственно, а с управляющим входом сумматора 8 — через счетчик t0.

Выход блока 5 соединен с установочным входом счетчика 6, управляющим входом дешифратора 3 и счетным входом реверсивного счетчика 11.

Блок 5 реализует логическую функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сумматор 8 состоит из комбинационного сумматора для 40 хранения промежуточного результата.

Преобразователь 4 является частным случаем применения делительных устройств, реализующих зависимость .И=С/Х при С = 1 и выполненных, например, с помощью двоичных умножителей или функциональных преобразователей код— код на основе программируемых логических матриц.

Вольтметр работает следующим обра50 зом.

Измеряемое напряжение подается на общий вход нуль-органов блока 1, количество которых определяется допустимой погрешностью квантования. Другие входы соединены с выходами блока

2, формирующего сетку опорных напряжений. Один из нуль-органов блока 2 формирует импульс полярности при переходе измеряемого напряжения через нуль и управляет им работой реверсивного счетчика 11, переводя его в режим суммирования или вычитания. Импульсы с выхода блока 1 поступают на дешифратор 3, где преобразуются в параллельный двоичный код, пропорциональный измеряемому мгновенному значению напряжения в момент квантования где U — входное напряжение;

К вЂ” коэффициент преобразования.

Код с дешифратора 3 одновременно поступает на сумматор 8 и преобразователь 4, который преобразует код И в в выходной код И в соответствии с бых выражением.Блок 5 сравнивает выходной код преобразователя с текущим значением кода счетчика 6, линейно изменяющего свой код при подсчете импульсов генератора 7.

При равенстве кодов на выходе блока 5 формируется импульс, который по установочному входу счетчика 6 переводит его в исходное (нулевое) состояние, а по управляющему входу дешифратора 3 формирует на выходе де.— шифратора 3 параллельный код следующего мгновенного значения U 1 „ .

В цифровом вольтметре интегралы заменяются конечными суммами и, переходя к последовательности мгновенных значений, действующее и среднее зна чения напряжения равны где 0.(t) — мгновенное значение наI пряжения в момент считывания; д ; — интервал времени между моментами считывания мгновенных значений (шаг дискретизации);

n — число шагов дискретизации. 1109М1

Учитывая гнцербоцическую характеристику преобразователя 4, шаг днс кретизацнн 6 Е;, формируемый вспомогательным счетчиком, равен

6Х i

N g Ngblf входной и выходной коды преобразователя; период квантующих импульсов генератора 7. уравнения (1) и (3) в что действующее и ия напряжения опреде1О

Т о

Подставляя (2), получаем, среднее значен ляются как

ЬХ1

1 2 о

Таким образом, измерение сводится 30 к простому суммированию кодов дешифратора 3 в сумматоре 8 в моменты считывания для действующего значения напряжения и суммированию количества ,шагов квантования реверсивным счетчи-35 ком 11 для среднего значения напряжения. 0(>а значения измеряются одновременно. Деление суммы кодов и количвс т на шаг(B квантования на воplt<)ll 1 сигнала осуществляется путем формирования времени измерения 1 нэ услоиэм вия Т „ );Т, для того, чтобы проявилось свойство усреднения. Это достигается обработкой си налов до момента переполнения счетчика 10.

Извлечение квадратного корня из суммы кодов осуществляется блоком 9, выходной код которого пропорционален действующему значению напряжения. Выходной код реверсивного счетчика пропорционален среднему значению напряжения..

Упрощение схемы вольтметра достигается исключением операции возведения в квадрат последовательности кодов, пропорциональных мгновенным значениям, что позволяет исключить из известной Схемы такие достаточно сложные и объемные по количеству зле= ментов блоки, как один иэ сумматоров, три блока переноса, блок управления со сложной логикой работы и др.

В предлагаемом устройстве возведеI ние кодов в квадрат заменено их сум/ мированием с переменным шагом дискретизации, причем параллельные коды формируются в дешифраторе опорного уровня, а переменный шаг дискретизации обеспечивается совокупностью преобразователя 4 счетчика 6 и блока 5. 3vo позволяеФ также свести измерение среднего значения напряжения к простому суммированию шагов дискретизации, что осуществляется одновременно с измерением действующего значения напряжения.

Заказ 6025/30

Тираж 711 11однисно<

ВННН11Н Т осударственного комитета C:ССР по делам изобретений и открптнн

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

Филиал lll111 "!1атент", г. Ул гор.,i, i" i. !!роектная, 4

Гостанитель А. Титов

Редактор И. Шулла Техред (;.Èèãóíîâà !й>р1 ектор (;. Шекмар