Цифровой омметр
ЦИФРОВОЙ ОММЕТР по авт. ев. СССР 1046707, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении заданной точности измерения, в него введены усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, реверсивный и вычитающий счетчики-. Т-триггер, два формирователя импульсов, четвертый ключ, причем вход вычитающего счетчика через четвертый ключ соединен с входом счетчика аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с установочным входом вычитающего счетчика, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера , прямой и инверсный выходы которого через формирователи импуль сов соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счэтчика, еыход которого соединен с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи , вход которого соединен с выходом операционного усилителя, (П а выход - с входами первого и второго ключей.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) G 01 R 27/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Фиг.1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (61) 1046707 (21), 3596268/24-21 (22) 24.05.83 (46) 15.12.84. Бюл.9 46 (72) T.М.Алиев, A.М.Шекиханов и Х.A.Èñìàéëoâ (71) Азербайджанский институт нефти и химии им.И.Азизбекова (53) 621 ° 317.734(088.8)
-(56) 1.Авторское свидетельство СССР
9 1046707, кл.G 01 R 27/02,04. 06.82 (прототип) (54)(57) ЦИФРОВОЙ OMMETP по авт.св.
СССР 9 1046707,,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении заданной точности измерения, в него введены усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, реверсивный и вычитающий счетчики., Т- триггер, два формирователя импульсов, четвертый ключ, причем вход вычитающего счетчика через четвертый ключ соединен с входом счетчика аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с установочным входом вычитающего счетчика, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого через формирователи импульсов соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выход — с входами первого и второго ключей.
1129553
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой омметр введены усилитель с изменяемым коэффициентом 60 передачи, реверсивный и вычитающий
;счетчики, Т-триггер, два формирователя импульсов, четвертый ключ, причем вход вычитающего счетчика через четвертый ключ соединен с вхо-, Изобретение относится к цифровой электроиэмерительной технике, предназначено для измерения сопротивления резисторов с высокой точностью.
По основному авт.св, Р 1046707 известен цифровой омметр, содержащий два переключателя, источник опорного напряжения, добавочный и опор-. ный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напря жения в частоту, ключа и счетчика, причем выход источника опорного напряжения подключен к первому непод- . 15 вижному контакту первого переключателя, подвижный контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором 20 и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвиж- . ными контактами второго переключателя,соответственно, подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен, с общей шиной устройства, дифферен- . . циальный интегратор, блок выборки и. хранения, три ключа, причем выход операционного усилителя через два ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и хранения соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя (lj . 40
Недостатком известного омметра является низкое быстродействие при больших значениях погрешности тракта преобразования, вследствие чего для получения результатов с высокой точ- 45 ностью требуется большое число циклов коррекции; точность можно повысить, если одновременно с проведением итераций осуществлять автоматическое целенаправленное изменение коэффициента передачи тракта, приводящее к уменьшению мультипликативной погрешности всего тракта измери- тельного преобразования.
Цель изобретения — повышение быст)родействия при сохранении заданной точности и змерения. дом счетчика аналого-цифрового преобразователя, выход которого соеди нен с установочным входом вычитающего счетчика, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого через формирователи импульсов соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выход— с входами первого и второго ключей.
На фиг.l йредставлена структурная схема цифрового омметра; на фиг.2 вЂ, выходной сигнал ПНЧ.
Цифровой омметр содержит источник
1 опорного напряжения, переключатели
2 и 3, добавочный 4 (1 ), измеряемый 5 (R„) и опорный 6 (R Ä) резисторы, операционный усилитель 7, усилитель 8 с изменяемым коэффициентом передачи, ключи 9-13, дифференциальный интегратор 14, блок 15 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 16, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту-ПНЧ
17, ключа 12 и счетчика 18, реверсивный счетчик 19, вычитающий счетчик 20, формирователи 21 и 22 импульсов и Т-триггер 23.
Источник 1 опорного напряжения через переключатель 2 и добавочный резистор 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 7, выход которого соединен с усилителем 8 с изменяемым коэффициентом передачи, выход которого через ключи 9 и 10 соединен соответственНо с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 14, выход которого через последовательно соединенные ключи 11 и блок 15 выборки и хранения соединен с входом ПНЧ 17, вход ключа 13 и установочный вход вычитающего счетчика 20 оединены с входом и выходом счетчика 18 соответственно, выход ключа 13 соединен с входом вычитающего счетчика
20, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера 23, прямой и инверсный выходы которого через формирователи 21 и 22 импульсов соединены с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика 19 соответственно, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 8 с изменяемым коэффицнентом передачи.
Работа устройства прОисходит итерационно (циклически), при этом реализуются два взаимосвязанных процесса - процесс измерения и процесс адаптации, которые протекают параллельно. Для того, чтобы представить работу устройства более
1129553
15
Rl
Х = — Х
9ых Я on x
25 где Х выходной
4 П
Таким ное в сче мым сопро ношением
Х,„т
Е,=—
Х((мп Ron (8) наглядно, рассматривают процесс измерения и процесс адаптации отдельно.
Процесс измерения. Ключ 13 разомкнут, в результате чего вход счетчика 20 отключен и его состояние не меняется. В счетчик 19 записан код, при котором коэффициент передачи Х усилителя 8 равен единице.
Первый такт. Счетчик 18 сбрасывается в ноль, переключатели 2 и 3 переводятся в положение b ключ 10 замкнут, ключи 9,11 и 12 разомкнуты.
При этом на выходе усилителя 8 получается напряжение где )(оп — выходное напряжение источника 1 опорного напряжения.
Производится интегрирование Х ob,„ за время Т. После окончания первого ,такта на выходе интегратора 14 получают
Ях г
Хи(4т= Хм+(+К) (1 Xon dt+ p (2) где Մ— начальное напряжение интегратора 14; коэффициент усиления усилителя 8;
М(4(— соответственно суммарная мультипликативная и аддитивная погрешности.
Второй такт. Переключатели 2 и 3 переводятся в положение а, ключ 9
;замкнут, ключи 10 и 11 разомкнуты, ключ 12 замкнут.
Производится интегрирование за время Т сигнала 1(ХО ) (фиг.2) с вы- 40
-хода ПНЧ 17. После завершения второ-: го такта на выходе интегратора 14 имеется напряжение т
4„(«alp f x,„—," 4((X)-t((41g J(tx,(— " 4(. р)о (о
Я .Х„,(ill(,„44(-((Й1(!((4.1"„"4((3(50
Одновременно с работой интегратора 14 счетчик 18 подсчитывает количество импульсов о выходной частоты, поступающих в интегратор 14 в течение второго такта — Zo=f(xo)(.
Третий такт. Ключи 9 и 10 разомкнуты. Ключ 11 замыкается и переписывает напряжение с выхода интегратора 14 в блок 15 выборки и хранения.
Получаемое на выходе напряжение при-™ нимается в качестве первого приближения
R„ и,=((1 xlljxоп 4 4(((arll(f((x 1 4(. (41
R((; о ф 65
Полученное значение Х, задает но» вое уточненное значение частотыf(X,) на выходе ПНЧ 17.
На этом один цикл работы заканчивается. Затем последовательность измерительных операций, задаваемая описанными тремя тактами, циклически повторяется, так что т я т
Х„„= Х„+(+ У Хоп и ((4ж)У (Х„) dt
С ростом числа итераций напряжение Х„ стремится к своему установившемуся значению Х» . В установившемся режиме выходная величина интегратора 14 не меняется. Это значит, что положительные приращения т (f4®l)(j On R - p x ПОЛуЧаЕМЫЕ В ТЕЧЕ(Х вЂ” А4 ние первого такта, в точности равны отрицательным приращениям т (<>of,1 graf(x„ ) — " dt полученным в тео Яб чение второго такта т т (I 4 e4 g j x on g dt ((+ м1 / (х(() —" ((е (6 )
Поскольку второй интеграл в выражении (б) есть вольтсекундная площадь выходного сигнала ПНЧ 17 (фиг.2), то иэ (6) следует
"x (Хоп
Хап «я1 =1Х(((4п Ц «я 7 (7)
К площадь одного импульса частоты ПНЧ 17;. количество импульсов, поступивших в счетчик 18 ° образом, число 2„,записантчике 18, связано с иэмеряе- тивлением Я„ следующим соотАддитивная Р и мультипликативная
М погрешности всего устройства в установившемся режиме полностью исключаются иэ окончательного результата.
Скорость убывания относительной
Ъ погрешности измерения (о (): оти ")= — —— для устройства определяется к .соотношением п
"= (l(xxz1(( Выбирая Яоп И< Равным (Х . )Т полуХ NMA t -4чают 1129553 10 п-Z+=g (Xî-Z+j > () 2) 60 65 отсюда получают выражение и для абсолютной погрешности Как следует из выражения (11), погрешность устройства убывает со скоростью геометрической прогрессии, знаменатель которой о равен 15 г (2„- l „)-n-u 20 член прогрессии а = a . Очевидно, чем меньше знаменатель +-(на )g) прогрессии, тем быстрее убывают ее члены, тем выше быстродействие и точность цифрового омметра. Наибольщее быстродействие достигается при (1-,(1+ )g)=0, т.е. при - —.,В этом случае погреш ) ности устройства корректируются 30 всего за одну итерацию. Таким образом, заданием соответствующего значения $ (коэффициента усиления усилителя 8) можно оптимизировать быстродействие и точность 35 всего устройства. В рассматриваемом случае это осуществляется автоматически в процессе адаптации.. Процесс адаптации. Сущность про" =цесса адаптации состоит в последова- 40 тельном изменении коэффициента передачи усилителя 8, с целью приближения знаменателя g= P-(1+Cz)g) геометрической прогрессии (11) к нулю. При этом используется следующее пра- 4 45 вило. Если величина погрешности всего тракта измерения такова, что знаменатель О. больше нуля, то как следует из выражения (11) при всех значениях и (на всех итерациях) " 0 и имеет место знакопостоянная сходимость. Если велйчина погрешности oL> всего тракта измерения такова, что знаменатель меньше нуля, то как следует из (12) имеет место знакопеременная сходимость (так как ") 0 при n=2,4,6...., " 0 при n=1,3,5., ° ..). В соответствии с описанным правилом в устройстве для осуществления адаптации проводятся циклически следующие операции. (в режиме адап= тации ключ 13 всегда замкнут). Первый такт. В начале первой итерации .устройства код 2 .с выхода счетчика 18 переписывается в вычитающий счетчик 20. К моменту завершения первой итерации в вычитающем счетчике 20 записана разность кодов (2 — 7<). Знак разности (импульс Переполне- . ние счетчика 20) записан в Т-тригере 23, выполняющем функции одновходового сумматора по mod 2. Второй такт. В начале второй ите= рации устройства код 2< с выхода счетчика 18 переписывается в вычитающий счетчик 20. К моменту завершения второй итерации в вычитающем счетчике 20 записана разность кодов (2,-7 ). Знак разности (Е, — Lg) (импульс Переполнение ), воздействуя на счетный вход Т-триггера 23, суммируется по mod 2 со знаком предыдущей разности (Z - 4,), записанным в первом такте. Если Т-триггер 23 находится после этого в нулевом состоянии, то знаки разностей (Š— Е ) и Фу о (,-X<) совпадают, имеет место знакопостоянная сходимость, т.е. q > 0 . Формирователь 22 импульсов сформирует импульс, который увеличивает на единицу содержимое счетчика 19, соответственно этому коэффициент передачи усилителя 8 увеличивается на заданную малую величину 6$, а знаменатель прогрессии g = (1- (1+a(z) g) 4 уменьшается, приблизившись к нулю. Если Т-триггер 23-находится в единичном состоянии, то знаки. разностей (o 2,) и (Е,-Е ) не совпадают, имеет. место знакопеременная сходимость, т.е. q o . Формирователь 21 импульсов формирует импульс, который уменьшает на единицу содержимое счетчика 19. Соответственно этому коэффициент передачи; / усилителя 8.уменьшается на Ц, а знаменатель прогрессииq=(1-(1+от) ) увеличивается, приблизившись к нулю. На этом цикл процесса адаптации завершается. Дальнейшие циклы адаптации протекают полностью аналогично описанному. В результате коэффициент передачи / усилителя 8, постепенно изменяясь, достигает такого значения I ,ф=, .при котором (=0, а быстродействие и точность устройства максимальны. Таким образом, устройство обеспечивает точное измерение Ry благодаря коррекции систематических погрешностей узлов и блоков устройства; повышение быстродействия устройства за счет автоматической настройки 1129553 Составитель Л.Фомина Редактор Н.Киштулинец ТехредЛ.Микеш Корректор Е. Сирохман Заказ 9445/36 Тираж 710 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Подписное Филиал ППП Патент, r.Óæroðîä, ул.Проектная, 4 коэффициента передачи усилителя, что личество циклов (итераций) к минипозволяет оптимизировать быстродейст- мально возможной величине, раввие устройства, сводя требуемое ко- ной 1.
