Цифровой вольтметр

 

Изобретение может быть использовано для построения цифровых вольтметров с автоматической коррекцией аддитивной составляющей погрешности. Цель изобретения - повьшение быстродействия . Устройство содержит счетчик 15, элементы И 10, 18, триггеры 19, 17, реверсивньй счетчик 21, усилитель 3, источник 2 напряжения смещения , переключатель 4, источник 11 опорного напряжения, ключ 7,интегратор 5, нуль-орган 8, блок 9 управления , блок 6 управления ключами-, фазовый детектор 12, генератор 13 тактовых импульсов, делитель 14 частоты, дешифратор 28 с индикаторным табло, блок 27 памяти, схему 25 переноса. Введение переключателя 1 полярности, селектора 20,. элементов. И 23, 24,элемента ИЛИ 24, селектора 20, схемы 16 переноса, формирователей 22, 30,31 импульсов, триггера 29 позволяет орi ганизовать в каждом такте работы выдачу результатов измерения, завися (/) щих от значений входного сигнала в примыкающих тактах. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 19/255

l

/ 1) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3839557/24-21 (22) 16.01.85 (46) 30. 11.86. Бюл. В 44 (72) Н.И. Грибок, В.И. Зорий, И.Е. Ляшовский, В.М. Макух, С.Г.Романюк и Б.И. Стаднык (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР й"" 347909, кл. Н 03 К 13/20, 1968.

Авторское свидетельство СССР

В 966613, кл. С 01 К 19/25, 1980. (54) ЦИФРОВой ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для построения цифровых вольтметров с автоматической коррекцией . аддитивной составляющей погрешности.

Цель изобретения — повьппение быстродействия. устройство содержит счетчик

15, элементы И !О, 18, триггеры 19, „„SU„„1273 5 А 1

i7, реверсивный счетчик 21, усилитель 3, источник 2 напряжения смещения, переключатель 4, источник 11 опорного напряжения, ключ 7,интегратор 5, нуль-орган 8, блок 9 управления, блок 6 управления ключами; фазовый детектор 12, генератор 13 тактовых импульсов, делитель 14 частоты, дешифратор 28 с индикаторным табло, блок 27 памяти, схему 25 переноса.

Введение переключателя 1 полярности, селектора 20,, элементов. И 23, 24,элемента ИЛИ 24, селектора 20, схемы 16 переноса, формирователей 22, 30,3 1 импульсов, триггера 29 позволяет организовать в каждом такте работы выдачу результатов измерения, зависящих от значений входного сигнала в примыкающих тактах. 2 ил.

25 2 блока 6 управления ключами, выходы которого подключены к управляющим входам переключателя 1 полярности, переключателя 4, первого ключа 7.

Шина "50 Гц" подключена к первому входу фазового детектора 12, выход которого соединен с входом генератора 13 тактовых импульсов, который по выходу соединен с входом блока 9 управления, вторым входом первого элемента И 10 и входом делителя 14 частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 12 и входом блока 9 управления, выход которого соединен с третьим входом

1 12738

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения цифровых вольтметров с автоматической коррекцией аддитивной составляющей погрешности, Целью изобретения является повышение быстродействия за счет организации в каждом такте работы выдачи результатов измерения, зависящих от 10 е значений входного сигнала в примыкающих тактах.

На фиг. 1 представлена схема цифрового вольтметра; на фиг. 2 — временные диаграммы работы основных l5 узлов.

Цифровой вольтметр содержит переключатель 1 полярности, источник 2 напряжения смещения, усилитель З,переключатель 4, интегратор 5, блок 6 уп- 20 равления ключами, первый ключ 7, нульl орган, 8, блок 9 управления, первый элемент И 10, источник 11 опорного напряжения, фазовый детектор 12, генератор 13 тактовых импульсов, дели- 25 тель 14 частоты, счетчик 15, вторую схему 16 переноса, второй триггер 17, второй элемент И 18, первый триггер

19, селектор 20, реверсивный счетчик 21, первый формирователь 22 им- 30 пульсов, третий элемент И 23, элемент ИЛИ 24, первую схему 25 переноса, четвертый элемент И 26, блок 27 памяти, дешифратор 28 с индикаторным табло, третий триггер 29, второй и третий формирователи 30 и 31 импульсов.

Две входные шины цифрового вольтметра подключены к входу переключате40 ля 1 полярности, первый выход которого связан с первым входом усилителя 3, второй выход соединен с первым зажимом источника 2 напряжения смешения, второй зажим которого соединен

45 с вторым входом усилителя 3, выход которого подключен к первому входу переключателя 4, второй вход которого соединен с выходом источника 11 опорного напряжения. Выход переключателя

4 соединен с первым зажимом ключа 7

50 и с входом интегратора 5, выход которого подключен к входу нуль-органа

8, который своим выходом соединен с вторым зажимом первого ключа 7, с входом пер ого триггера 19, входом блока 9 управления и с первым входом первого элемента И 10. Выход блока 9 управления соединен с входом первого элемента И 10 и с входом четвертого элемента И 26, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера 19 и первым входом селектора 20, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И 10 и входом счетчика 15. Выход четвертого элемента И 26 соединен с входом первого формирователя

22 импульсов, выход которого подключен к входу первой схемы 25 переноса и к входу второго формирователя

30 выход которого подключен к входу второй схемы 16 переноса, к счетному входу триггера 29 и входу третьего формирователя 31, выход которого связан с (и+1)-м входом дешифратора 28 с индикаторным табло и с входом устаиовки в нулевое состояние счетчика 15 и установки в нулевое состояние триггера 17;и-информационных выходов счетчика 15 подключены к и входам второй схемы 16 переноса, и информационных выходов которой соединены с и входами параллельной записи реверсивного счетчика 21,суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами селектора 20; (п+1)-й выход реверсивного счетчика

21 соединен с входом установки в единичное состояние триггера 17, единичный выход которого подключен к входу элемента И 18 и к третьему входу селектора 20, четвертый вход которого соединен с нулевым выходом триггера

17 и с входом элемента И 23, второй вход которого соединен с нулевым выходом триггера 29, единичный выход которого подключен к второму входу элемента И 18, выход которого соединен с первым входом элемента HJIH 24, второй вход которого соединен с выходом элемента И 23, а выход элемента

ИЛИ 24 подключен к входу первой схемы з 1273825 4

25 переноса, другие входы которой 9 посредством блока 6 на время

2 соединены с информационными выходами (фиг. 2а) подключает выходное напряреверсивного счетчика 21, информаци- жение U„ усилителя 3 онные выходы схемы 25 переноса подключены к входам блока 27 памяти,инфор-g U„= К(-U + U,„U (t) j + и,, мационные выходы которого соединены с информационными входами дешифрато- где U — напряжение дрейфа усилитера 28 с индикаторным табло. ля 3, к входу интегратора 5, а в моЦифровой вольтметр работает следую- мент t, через переключатель 4 к входу щим образом. 10 интегратора 5 подключается образцоВ исходном состоянии по сигналу из вое напряжение U, источника 11 опорноблока 9 управления посредством блока го напряжения, противоположное по по6 управления ключами переключатель 1 лярности к U ... .В процессе двухтактно11 полярности устанавливается в положе- го интегрирования напряжение ние при котором в измерительную цепь 15

1 г11 подается измеряемое напряжение -U

x — 4К(-V +V +U ())+

Триггеры 17, 19, 29, счетчики 15, 21, 1(з +U dt}+ =I U dt = U. блок 27 памяти установлены в состояар } .—,, o — с.

ty ние нуля. В момент tq (фиг. 2б) блок преобразуется в число импульсов N

Т1

1 о K(Uc + U> (t)$ + U!9p dt + KUxt э 2 1 1! f. (1) о (t) +U, dt UТК о где — постоянная времени интегратора 5;

U — порог срабатывания нуль-орга-25 на 8;

f — частота следования импульсов генератора 13 тактовых импульсов;

U — напряжение источника 11;

U — напряжение смещения источС1!1 ника 2;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя 3;

U (t). — напряжение помехи во входной и 3S измерительной цепи:

Т nT — время интегрирования в пер1 вом такте;

Т вЂ” период напряжения помехи.

Импульсы последовательности N q записываются в счетчик 15 (фиг. 2г). В момент t положительным фронтом импульса с выхода нуль-органа 8 (фиг.2в) триггер 19 переводится в единичное состояние (фиг. 2д), открывая элемент И 26 по соответствующему входу, а также селектор 20.

Во втором цикле измерения в момент t формируется импульс длительНОсти (t г9) = (t С )» ЭтОт им т, ы =к (. - ) = С " ".

2 3 о U пульс переходит через элемент И 26 (фиг. 2е). В момент t,(ôèã. 2ж) на выходе формирователя 22 формируется импульс длительностью с, переписывающий из реверсивного счетчика 21 в блок 27 памяти код числа, равного нулю. В момент t импульс с выхода

6 формирователя 30 (фиг. 2з) переписывает из счетчика 15 в реверсивный счетчик 21 код числа Ntb и перебрасывает в единичное состояние триггер

29, закрывающий элемент И 23 и открывакиций элемент И 18. В момент импульс длительностью с с выхода формирователя 3 1 (фиг. 2к) сбрасывает в нулевое состояние счетчик 15 и триггер 17. По сигналу из блоков 9 и 6 переключатель 1 переводится в положение, при котором в измерительную цепь подается напряжение +U„.

Поэтому напряжение U„=K(U„+U„(t)+U, +

+Бар на выходе усилителя 3 двухтактным интегрированием

1 J jK(U„+U„(t)+U,.+"аД dt +

1 2.о

+ — j Udt П о с в преобразуется в число импульсов N которые поступают на вход счетчика

15 и через селектор 20 — на вычитаю- 55 щий вход реверсивного счетчика 21 °

В момент t на вход счетчика 21 при9 ходит N импульсов числа N . Счетчик

21 переходит в нулевое состояние.

Сигнал на его выходе переводит в единичное состояние триггер 17 (фиг.2л). Единичный сигнал на единичном выходе триггера 17 через открытые

5 12738 элемент И 18 и элемент ИЛИ 24 посту пает на вход схемы 25 переноса. Одновременно этим сигналом с выхода триггера 17 селектор 20 разрешает прохождение последующих импульсов (N,-И,) числа N на суммирующий вход реверсивного счетчика 21. К моменту t„, в нем зафиксируется код .числа

N«Ят ц (3)

К 2 Т,f, !

О пропорционального значению измеряемого напряжения U и не зависящий от значений параметров:i., U,, U (t), U., элементов, входящих в цепь аналого-цифрового преобразования. Напря- 15 жение U„(t) помехи может иметь несимметричную импульсную форму колебаний.

Вследствие его постоянства на время двух циклов измерения устраняется влияние U„(t) на результат измерения. 20

Вследствие введения фазовой автоподстройки частоты,,частота следования импульсов в генераторе 13 пропорциональна частоте сети. Поэтому произведение Т,f = А = const при изменении 25 периода Т напряжения помехи U„ (t),а выражение (3) принимает вид о

Выбором К и U, значение — выбирало ется кратным 10 . Полярность "-" свидетельствует о том, что полярность

U противоположна полярности напряжения U„, 35

Если бы напряжение U было отрицах тельным, то И (N, . Поэтому к моменту е в реверсивном счетчике 21 зафиксию ровался бы код числа (Ng-N ). Наличие нулевого сигнала на единичном выходе триггера 17 и нулевого сигнала на нулевом выходе триггера 29 привело бы к появлению нулевого сигнала на выходе элемента ИЛИ 24. Импульс на выходе формирователя 22 переписывает код числа (К -N,) с выхода счетчика 21 и полярность "+" с выхода элемента ИЛИ

24 — в блок 27 памяти и на дешифратор

28. Импульс на выходе формирователя

30 переводит триггер 29 в нулевое сос 1 тояние и переписывает код числа N, из счетчика 15 в реверсивный счетчик 21.

Импульс на выходе формирователя 31 сбрасывает триггер 17 в счетчик 15 в нулевое состояние. Переключатель полярности 1 включен в положение, при котором в измерительную цепь подается напряжение -U„ . Поскольку

25 Ь

N3 (N2 > тО число импульсов И И

3 поступает на вход счетчика 15 и через селектор 20 — на вычитающий вход счетчика 21. К моменту окончания двухтактного интегрирования в реверсивном счетчике 21 фиксируется число (N -N )

2 импульсов. Триггер 17 находится в нулевом состоянии вследствие N, < N

Единичный сигнал с нулевого выхода триггера 29 и единичный сигнал с нулевого выхода триггера 17 приводят к появлению единичного сигнала на выходах элемента И 23 и элемента ИЛИ 24.

Поэтому в начале четвертрго цикла измерения в блок)памяти 27 записывается код числа (N,-N„) = (N, -N,).

Если U„ отрицательной полярности, то N + М2, триггер 17 перебрасывается в единичное состояние. На суммирующий вход реверсивного счетчика 21 с выхода селектора 20 поступает (И "02) импульсов. Элемент И 18 закрыт нулевым сигналом с единичного выхода триггера 29, а элемент И 23— нулевым сигналом с нулевого выхода

2 триггера 17. Поэтому на выходе элемента ИЛИ 24 получают нулевой сигнал, .который свидетельствует об отрицательной полярности измеряемого напряжения.

Формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий датчик, два элемента И, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, два триггера, реверсивный счетчик, усилитель, второй вход которого соединен с первым выводом источника напряжения смещения, а выход соединен с первым входом переключателя второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход — с первым выводом первого ключа и входом интегратора, выход которого соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с входом первого триггера, с входом блока управления и с вторым выводом первого ключа, первый выход блока управления соединен с входом блока управления ключами, а второй выход — с третьим входом первого элемента И, первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами переключателя и первого ключа, шина

"50 Гц" соединена с первым входом фазового детектора, выход которого

7 1273 соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входами блока управления н делителя частоты, выход которого соеди- нен с вторым входом блока управления и вторым входом фазового детектора, и входов дешифратора с индикаторным табло соединены с соответствующими и-выходами блока памяти, п входов которого соединены с соответствующи- 10 ми и-выходами первой схемы переноса, (и+1)-й выход реверсивного счетчика соединен с входом второго триггера, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход 15 котэрого соединен с первым входом второго элемента И, выход первого элемента И соединен с входом счетчика, отличающийся тем, I что, с целью повышения быстродействия, в него введены третий триггер, вторая схема переноса, селектор, третий и четвертый элементы И,три формирователя импульсов,переключатель полярности, первый вход которо- ф го соединен с первой входной шиной, второй вход с второй входной шиной, управляющий вход — с третьим выходом блока управления ключами, а первый выход — с первым входом усилите- З0 ля, второй выход — с вторым выводом источника напряжения смешения, выход нуль-органа соединен с первым входом первого элемента И, единичный выход первого триггера соединен с первым

33 входом селектора и с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого соединен с третьим входом

825 8 первого элемента И, а выход соединен с входом первого формирователя импульсов, выход котброго соединен с входом первой схемы переноса и с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с входом второй схемы переноса, с счетным входом третьего триггера и входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с (и+1)-м входом блока дешифратора с индикаторным табло, входами установки в нулевое состояние второго триггера и счетчика, вход которого соединен с вторым входом селектора, второй вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а п информационных выходов счетчика соединены с и-входами второй схемы переноса, и выходов которой соединены с и-входами записи числа реверсивного счетчика, входы суммирования и вычитания реверсивного счетчика соединены с соответствующими выходами селектора, а и информационных выходов соединены с и-входами первой схемы переноса„(п+2)-й вход которой соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами второго и третьего элемента И, второй вход второго элемента И соединен с единичным выходом третьего триггера, а входы третьего элемента И с соответствующими нулевыми выходами второго и третьего триггеров, причем входы управления селектора соединены с единичным и нулевым выходами второго триггера.

Составитель А. Морозов

Редактор Н. Швыдкая Техред И.Ходанич

Заказ 6471/42 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. .ж р д, у

У го о л. Проектная 4