Цифровой вольтметр

 

Изобретение позволяет повысить ТОЧНО ь измерения вольтметром в усвс содержит источник 1 эталонного напряжения , масштабный преобразователь 4, перек гючатели 6-8 полярности, генератор 10 импульсов,интегрирующий аналого-временной преобразователь 11, селектор 12, вычислительный блок 13, блоки 14 и 17 управления и индикации и источник 15 опорного напряжения, Введение источника 2 эталонного напряжения , масштабных преобразователей 5 и 9 и переключателя 16 полярности устраняет влияние изменения внутреннего сопротивления источника сигнала и нелинейности преобразователя напряжения в интервал времени. Ф/уг/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„ 1 337792 А1

51) 4 G 01 R 19/25

KE(;OP,,3PAg

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,. 13

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4003070/24-21 (22) 06. 01. 86 (46) 15.09.87. Бюл. Ф 34 (72) Н.И.Грибок, В.Я.Гупаловский, В.M.Ìàêóõ, И.Е.Ляшовский, С.Г.Романюк и С.Н.Савенко (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свиде гельство СССР

Ф 843221, кл. G 0 1 R 19/25, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 1046928, кл. G 01 R 19/25, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение позволяет повысить точно ь измерения вольтметром в условия. : воздействия помех. Устройствс содержит источник 1 эталонного напряжения, масштабный преобразователь

4, переключатели 6-8 полярности, генератор 10 импульсов, интегрирующий аналого-временной преобразователь 11, селектор 12, вычислительный блок 13, блоки 14 и 17 управления и индикации и источник 15 опорного напряжения.

Введение источника 2 эталонного напряжения, масштабных преобразователей 5 и 9 и переключателя 16 полярности устраняет влияние изменения внутреннего сопротивления источника сигнала и нелинейности преобразователя напряжения в интервал времени.

2 ил.

1337792

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянных напряжений высокоомных источников в

5 условиях воздействия помех.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения влияния изменений внутреннего сопротивления источника сигнала и нелиней- 1р ности преобразователя напряжения в интервал времени.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого вольтметра; на фиг. 2 — функциональная схема 15 блока управления.

Цифровой вольтметр содержит первый и второй источники и 2 эталонного напряжения, вход 3, первый и второй масштабные преобразователи 4 и 5, пер-2р вый 6, второй 7 и третий 8 переключатели полярности, третий масштабный преобразователь 9, генератор 10 импульсов, интегрирующий аналого-временной преобразователь 11, селектор ?5

1", вычислительный блок 13, блок 14 управления, источник 15 опорного напряжения, четвертый переключатель 16 полярности и блок 17 индикации. зр

Первый подвижный контакт переклю— ча геля 6 подключен к первому входу преобразователя 9, второй подвижный контакт — к первому подвижному контак переключателя 7, второй подвижный контакт которого соединен с первым подвижным контактом переключателя 16, второй подвижный контакт которого соединен с вторым входом преобразователя 9. Вьосоды источника 1 подключе- 4р ны к входам преобразователя 4, выходы которого соединены с неподвижными контактами переключателя 7. Выходы источника 2 подключены к входам преобразователя 5, выходы которого 45 соединены с неподвижными контактами переключателя 16. Выходы третьего масштабного преобразователя 9 соединены с первым и вторым входами преобразователя 11, выход котоРого соеди— нен с первым входом селектора 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 10, а выход — с входом блока 13, информационный выход которого соединен с входом блока

17. Выходы источника 15 подключены к неподвижным контактам переключателя

Я, первый подвижный контакт которого соединен с общей шиной, а второй подвижный контакт — с третьим входом преобразователя 11.

Управляющие входы преобразователя

11, селектора 12, вычислительного блока 13, блока 17 индикации, первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 16 переключателей полярности, масштабных преобразователей 4, 5 и

9 подключены соответственно к первому — одиннадцатому выходам блока 14 управления, первый вход которого соединен с выходом полярности преобразователя 11, а второй — с управляющим выходом блока 13 °

Блок 14 управления (фиг. 2) содер" жит генератор 18 тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И 19, второй вход которого подключен к второму входу блока 14, а выход — к счетному входу счетчика 20 импульсов, выходы которого соединены с входами постоянного запоминающего устройства 21, первый— седьмой выходы которого подключены к пятому, шестому, восьмому, второму, третьему, четвертому выходам блока 14.

Элемент 22 задержки включен между выходом генератора 18 и первым цьгходом блока 14. Формирователь 23 импульсов включен между первым входом блока 14 и седьмым выходом блока 14. Входы формирователей 24, 25 и 26 импульсов соединены с вторым входом блока 14, а выходы — с девятым, десятым и одиннадцатым выходом блока 14 соответственно.

Цифровой вольтметр работает следующим образом.

По сигналу блока 14 управления коэффициенты передачи масштабных преобразователей 4 и 5 устанавливаются минимальными, при которых эталонные напряжения на их в оде Uс1 = EQ„K1, j

0 - E К, будут минимальными, где

02 02 2i

К . К .. — коэффициенты передачи маси 2i штабных преобразователей 4, 5; Е, и

Е О2 — выходные напряжения первого 1 и второго 2 источников эталонного напряжения соответственно. При этом переключатели 6, 7 и 8 полярности включаются в положение, когда на вход масштабного преобразователя 9 поступает напряжение (Е + Uv +0 ) К2

К ++R ++R «R

О О2 V

1337792

01 (E„+K E o +К г E ог )

1 (Е о Цог ) 1

R„

15

+Во 02+

Rv

1 R11 +R„

Rvi

R„+R0 +R . К . +R„,.

Отсюда

1 о (E „+U„; +Uо2 i) 1

50 (E х + о1 + ог ) 55 где Е„ — измеряемое напряжение;

R, — внутреннее сопротивление источника измеряемого напряжения, подключаемого к входу 3 вольтметрами внутренние сопротивления преобразователей 4 и 5 по отношению к неподвижным контактам переключателей 1ð

7 и 8; входное сопротивление преобразователя 9, Масштабный преобразователь 9 включается в положение, при котором на вход интегрирующего аналого-временно- 20 го преобразователя 1 1 поступает напряжение, равное приблизительно 1/4 рабочего диапазона. Это определяется по коду, получаемому на выходе селектора 12: 25

N = а +а К Ы U +а К . n U2+a Кз зцз

1 о 1 3i 1 2 3i 2 i 3 1 У где а, а,, а, а — коэффициенты передаточной функции.

Выбором значения коэффициента передачи К,, масштабного преобразователя 9 изменяем значение N, до получения соотношения И„ х хN„,, где И значение кода, равного 1/4 диапазона

35 преобразования N, преобразователя 11, селектора 12 и генератора 10 импульсов; N „ — значение кода на выходе селектора 12 при максимально допустимом значении напряжения на входе преобразователя 11.

После этого производится изменение

I значения коэффициента К1. преобразования масштабного преобразователя 4 для получения значения эталонного

45 напряжения Ц 01; = Е, K„;, приводящего к получению кода числа 2N

N =2N =а +а К oi U +а Кг. oi Цг. +

2 1 О 1 3i 1 2 3i 11, з цз

3 3i ij (Ex+K„+Uoo )Rv где — d(E +К Е +

+R +R +R Х 1i 01 о, ог ч х

U„) = o (E „+Uо 1+U„i)

После этого осуществляется изменение коэффициента Кг, преобразователя 5 для получения приращения кода

N на величину 2N1:

N =4N =а +а, К aU2, +а Кг.,(U +

Kç з цз

3 зг 2i (E +Ео K +Еог Кх; )Rv где U. Х д1; ч

x ox ог

01 ос < > Uог Еог K2i

В процессе осуществления приведенных операций удается выбрать значеНия ЭтаЛОННЫХ МЕр 10,1 И 002, СОИЗ меримых со значением измеряемой величины Е „.

Цикл измерения состоит из шести тактов. В первом такте переключатели 6, 7 и 8 полярности установлены в положение, при котором источники

Ех U 01; U02i

На вход преобразователя 11 поступает напряжение (Е +U +U ) (-д -----)

R; Rv

Х 01i 02; 12 +R v

К Rv

R +R .+R +R . + --- ---х 01 021 2 i

1i V где R,,R 2, — эквивалентные параметры преобразователя 9, представленного в виде делителя напряжений с сопротивлениями R,è. К..;

1i

R„входное сопротивление преобразователя 11;

Во втором такте измерения переключатели 6, 7 и 8 полярности переводятся в противоположное состояние, при котором на вход преобразователя 11 поступает напряжение

В третьем такте по сравнению с первым тактом переключатель 8 переводится в противоположное состояние. х

37792 в каждом иэ тактов измерения посредством переключателя 16 полярности

- блок 14 управления подает на вход преобразователя 11 напряжение U, источ5

01 ника 15 необходимой полярности.

1)Э 0 (Eõ П01; Пог ) 10

=а+аП+аПг+аПэ

0 1 г э — 4 (Е +U,-U .) .

4i х 01i 02i

В пятом такте измерения переключа- э5 тели Ь, 7 и 8 полярности переводятся в положение, при котором на вход преобразователя 11 поступает напряжение

N, =f, t, =f, (a +a, U,.+a„U, +а П . ) °

11 (a +a U +a 112 + a Пэ ) °

7 0 0 1 гi 2 2; Э 21

d(Eх Uî0 U02 ) 20

N =f,t =f, (а,+а,U> +а П . +a,U )

В шестом такте переключатели 6, 7 и 8 переводятся в положение, при котором на вход преобразователя 11 поступает напряжение 25

N =f =Г,(a,+a,U4 + а„П,. +a,U )

Ne=f,t,=f (a,+a,Ue;+a2U,. +а 01 UO2i ) В зависимости от полярности напря- Так как U .=-U . V =-U .

7i 1i х %i Э1 жений U„., Пг,, Пэ,, U4, 1 П Ue

Uz,=-U>; получаем зависимость

Ц 01i (1 02 з t (1 1 + 1 ) (1 1Э + 14 Н

П01 (2) (Э 4) 02 (1 2) (5 6) г

З5 поминающего устройства 21, в котором хранятся необходимые сочетания состояний переключателей 6, 7 и 8 и сигналов управления селектором 12, блоками 13 и 17. С некоторой задержкой

40 с выхода элемента 22 задержки на вход запуска преобразователя 11 поступает импульс "Запуск". По окончании шести тактов измерения в седьмом такте на вход блока 13 поступает сиг45 нал Обработка", определяется значение измеряемой величины и выдается сигнал на блок 17 индикации.

Таким образом, предлагаемый цифровой вольтметр позволяет повысить точность измерений напряжения при изменении внутреннего сопротивления источника напряжения в широком диапазоне значений и при наличии коэффициентов третьего порядка в функции

55 преобразования преобразователя напряжения в интервал времени.

Формула и з о б р е т ения цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные аналого5

13

При этом на вход преобразователя 11 поступает напряжение

В четвертом такте переключатели

6, 7 и 8 переводятся в противоположное состояние по сравнению с состоянием в третьем такте. На вход преобразователя 11 поступает напряжение

На основании известных значений операция определения Е „ выполняется в вычислительном блоке 13.

Блок 14 управления работает следующим образом.

В процессе выбора значений опорных напряжений Up„ U сигналом с выхода блока 13 закрывается элемент И 19 и устанавливаются разные коэффициенты передачи К „. и К„ масштабных преобразователей 4, 5 и 9.

Для этого введены формирователи 24, 25 и 26, которые служат для связи цифровой и аналоговой частей вольтметра. Формирователь 23 введен для управления положением переключателя

16 полярности. При выбранных значениЯх эталонных напРЯжений Up . и Up2

Оti 02 1 соизмеримых с Е„, на вход элемента

И 19 поступает сигнал, открывающий этот элемент. Поэтому первый следующий импульс с выхода. генератора 18 переводит счетчик 20 в единичное состояние. Код на выходе счетчика

20 управляет работой постоянного эаФункция преобразования преобразователя 11 описывается полиномом вида

Поэтому после преобразований U,.

U2., ц ., 0,, П ., Uд; полУчим систему отсчетов:

1337792 временной преобразователь, селектор, вычислительный блок и блок индикации, входы управления которых соответственно соединены с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, к второму входу селектора подключен выход генератора имдульсов, первый переключатель полярности, неподвижные контакты которого соединены с входами устройства, вход управления соединен с пятым выходом блока управления, второй подвижный контакт — с первым подвижным контактом второго переключателя полярности, вход управления ко-15 торого подключен к шестому выходу блока управления, седьмой выход которого соединен с входом управления третьего переключателя полярности, первый подвижный контакт которого подключен к общей шине, второй подвижный контакт — к входу аналого-временного преобразователя, а неподвижные контакты соединены с выходами источника опорного напряжения, и первый источник эталонного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй источник эталонного напряжения, первый, второй и третий масштабные преобразователи и четвертый переключатель полярности, вход управления которого соединен с

30 восьмым выходом блока управ:Tf ния, первый подвижный контакт — с вторым подвижным контактом второго переключателя полярности, неподвижные контакты подключены к выходам второго масштабного преобразователя, а второй подвижный контакт соединен с вторым входом трЕтьего масштабного преобразователя, первый вход которого подключен к первому подвижному контакту первого переключателя полярности, а выходы соединены с первым и вторым входами аналого-временного преобразователя, выход полярности которого соединен с первым входом блока управления, причем выходы второго источника эталонного напряжения соединены со входами второго масштабного преобразователя, а выходы первого источника эталонного напряжения подключены к входам первого масштабного преобразователя, выходы которого соединены с неподвижными контактами второго переключателя полярности, причем выходы управления первого, второго и третьего масштабных преобразователей соединены соответственно с девятым, дес ятым и одиннадцатым в ыходами блока управления, второй вход клторого подключен к управляющему выходу вычислительного блока.

1337792

Составитель С.Рыбин

Редактор А.Лежнина Техред В.Кадар Корректор A.Çèìîêîñîâ

Заказ 4 125/42 Тираж 730 Попписное

ВНИИПИ Госуларственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4