Устройство для аналого-цифрового преобразования напряжений

 

Изобретение может быть использовано для определения отношения, произведения , суммы напряжений, а такжэ более сложных функциональных зависимостей . Пель изобретения - повьш1ение точности преобразования и расширение функциональных возможностей устройства . Устройство содержит цифроуправляемый аттенюатор 2, блок 3 сравнения, блок 5 управления, нуль индикатор 6 и блок 10 индикации. В устройство введены усилитель-преобразователь 1, цифроуправляемый аттенюатор 4, блок 7 вычитания, блок 8 задания констант, блок 9 управления, п-входовой суммирующий усилитель 11, однополюсный четырехпозиционный переключатель 12, однополюсные переключатели 13 и 14. Использование устройства позволяет кроме деления осуществлять такие операции , как умножение, деление, вычитание и суммирование напряжений, а также операции с многочленами. При этом все преобразования напряжений сводятся к одной математической операции - вычитанию. Это значительно упрощает алгоритм преобразования и устройство, реализующее этот алгоритм. Кроме того, в результате преобразования отсутствуют аддитивные и мультипликативные составляющие погрешностей , зависящие от стабильности коэффициента передачи канала измерения. 1 ил. ( (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (ll) (51) 4 G 01 R 19/10 всг-> юъ ((Ю

) 13, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3887727/24-21 (22) 06.03.85 (46) 07.02.88. Бюл. И 5 (71) Куйбьппевский политехнический институт им. В.В. Куйбышева (72) Ю.Ф. Чубаров (53) 62 1.317(088.8) (56),Жилинскас P.Ï.Ï. Измерение отношения. — М: Советское радио, 1975 с.153, рис.4.36. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение может быть использовано для определения отношения, произведения, суммы напряжений, а такж" более сложных функциональных зависимостей. Цель изобретения — повышение точности преобразования и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит цифроуправляемый аттенюатор 2, блок 3 сравнения, блок 5 управления, нуль индикатор б и блок 10 индикации. В устройство вве— дены усилитель-преобразователь 1, цифроуправляемый аттенюатор 4, блок

7 вычитания, блок 8 задания констант, блок 9 управления, и-входовой суммирующий усилитель 11, однополюсный четырехпозиционный переключатель 12, однополюсные переключатели 13 и 14.

Использование устройства позволяет кроме деления осуществлять такие операции, как умножение, деление, вычитание и суммирование напряжений, а также операции с многочленами. При этом все преобразования напряжений сводятся к одной математической операции — вычитанию. Это значительно упрощает алгоритм преобразования и устройство, реализующее этот алгоритм.

Кроме того, в результате преобразования отсутствуют адцитивные и мультипликативные составляющие погрешностей, зависящие от стабильности коэффициента передачи канала измерения.

1 ил.

1372237

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах для определения отношения, произведения, сум- 5 мь» напряжений, а также более сложных функциональных зависимостей.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и расширение функциональных воэможностей за счет исключения адцитивных и мультипликативных составляющих погрешностей и обеспечение воэможности измерения произведения и суммы напряжений.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

»

Устройство содержит усилительпреобразователь 1, первый цифроуправляемый аттенюатор 2, блок В сравнения, второй цифроуправляемый аттеню- 20 атор 4, первый блок 5 управления, нуль-индикатор 6, блок 7 вычитания, блок 8 задания констант, второй блок

9 управления, блок 10 индикации, и-входовой суммирующий усилитель 11, 25 однополюсный четырехпоэиционный переключатель 12, первый 13 и второй

14 однополюсные переключатели. Выход первого аттенюатора 2 соединен с первым входом блока 3 сравнения, выход 30 которого соединен с входом нуль-индикатора 6. Выход усилителя-преобразователя 1 соединен с входом первого аттенюатора 2, а вход — с подвижным контактом переключателя 12, первый

12.1, второй 12.2 и третий 12.3 неподвижные контакты которого соединены соответственно с соответствующими зажимам»», являющимися соответствующими входами устройства. Четверть»й 40 неподвижный контакт 1?.4 переключателя 12 соединен с выходом и-входового су»ачирующего усилителя 11, каждый иэ входов которого соединен с соответствующими зажимами, являющимися 45 соответствующими входами устройства.

Управляющий вход аттенюатора 2 соединен с выходом блока 7 вычитания, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом первого блока 9 управления, информационный выход которого соединен с входом блока 10 индикации. Информационный вход блока

7 соединен с выходом блока 8. Второй вход блока 3 соединен с подвижным контактом переключателя 13, первый неподвижный контакт 13 ° 1 которого соединен с подвижным контактом второго однополюсного переключателя 14 этапе переключатели 12 и 13 устанавливаются в положение 12.1 и 13.1, а переключатель 14 в положение 14.2При этом на вход усилителя 1 подается напряжение-делимое V,,êîòîðoå после соответствующего преобразования и ослабления в аттенюаторе 2 поступает на первый вход блока 3, На второй вход блока 3 через переключатели 14 и 13 подают напряжение калибровки

V = 1В . С помощью блока 9 (при отключенном блоке 8) изменяют коэффициент N»äåëåíèÿ аттенюатора 2 и соответственно напряжение, поступающее на первый вход блока 3. Равенство напряжений на входах этого блока V u б

V фиксируется нуль-индикатором 6.

При этом с учетом параметров элементов имеет место равенство

6(») 1 7(») где К— коэффициент передачи канала преобразования аналоговой величины, усилителя 1 и т.д коэффициент деления аттенюатора 2 на первом этапе измерения; напряжение-делимое на входе устройства; абсолютная аддитивная погрешность,, учитывающая нестабильность элементов, дрейф нуля, порог чувствительности блока 3, соответственно значения напряжений Ч и V6 на первом этапе измерения (число в скобках — номер этапа).

V (Т(» ) 6(>) На втором этапе измерения переключатель 13 устанавливают в положение

13.2. Включают блок 8 задания констант и на вход блока 7 вычитания подают в качестве вычитаемого некоторое и с входом аттенюатора 4, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом 13.2 переключателя 13. Первый 14.1 и второй 14.2 контакты второго переключателя 14 соединены соответственно с первым 12.1 и вторым

12.2 неподвижными контактами переключателя 12 °

Устройство работает следующим образом.

При определении отношения двух (4» напряжений, например, -- на первом з

1372237 откуда

К(М,.-И,)-Ч, V> К 10 откуда

Ч; Чз(1« — N6) 10 (14), число, например, 10, где i=.. г2,-1, 0,1,2... Величину числа выбирают в зависимости от диапазона измерений.

На выходе блока 7 устанавливается число N, — 10, соответствующее определенному коэффициенту деления аттенюатора 2. Затем с помощью блока 5 изменяют коэффициент деления аттенюатора 4 до срабатывания блока 3 и с 10 помощью нуль-индикатора 6 фиксируют равенство напряжений Чь H V7 . При этом имеет место равенство

Ч вЂ” КЧ, (N — 10 )+дЧ-пЧ -Ч < ) (/) аи < где n — коэффициент деления аттенюатора 4.

На третьем этапе переключают переключатель в положение 12.3 и подают на вход усилителя 1 напряжение-дели- 20 тель V отключают при этом блок 8 задания констант. Затем блок 9 изменяет коэффициент деления аттенюатора

2 до срабатывания блока 3. При этом фиксируют равенство напряжений 25

Vi .

V6 ) =KV>N + bV — n ° 1=Ч Чт<г) (3) и запоминают коэффициент деления N аттенюатора 2.

На четвертом этапе переключатель 30

13 устанавливают в положение 13.1, когда V =1B и снова уравновешивают с помощью аттенюатора 2 соответствующее напряжение, фиксируя при этом равенство напряжении Ч и Ч, 35

Чц4) КЧз Н + дЧ Чт() Чт(<) (4)

Запоминают при этом коэффициент деления N1, зафиксированный в блоке

10 индикации Вь|читают из вьражения 40 (1) выражение (2) KV, (N N +10 ) +1< V -hV=1-п, откуда 1-и =KV ° 10 ° (5)

Из выражения (4) вычитают выражение (3) и получают

KV (Ný (6)

Подставляя (5) в (6),получают ! 50

КЧз (И э-<<г) =КЧ, 10 (3 N ) 10 (7)

3 55

Таким образом, для получения отношения двух напряжений по результатам четырех этапов измерения достаточно вычесть из результата четвертого уравновешивания N результат третьего уравновешивания N и переместить запятую числа, отделяющую целую часть от дробной, в соответствии с константой 10 .

Измерение произведения двух напряжений, например V< V тоже осуществляется в четыре этапа.

На первом этапе переключатели 12—

14 устанавливаются соответственно в положения 12.3, 13.1, 14.2. На вход усилителя 1 подают напряжение V, а на второй вход блока 3 через переключатели 13 и 14 напряжение V --1В. С помощью аттенюатора 2 уравновешивают

V u V . При этом имеет место равен-. ство

Ч < ) = КЧ,, М + дЧ =Чг =Ч «) . (8) На втором этапе устанавливают переключатель 13 в положение 13.2 и включают блок 8. Затем аттенюатором 4 уравновешивают Чб и Vp

Ч <г) = КЧ з(1<1,-10 )+ дЧ =и 1=Чт<г) .(9)

На третьем этапе переключатели 13 и 14 устанавливают соответственно в положение 13.1 и 14.1, а переключатель 12 — в положение 12.2. Подают на вход усилителя 1 напряжение V =1В, а на второй вход блока 3 напряжение

Ч< ° Уравновешивают при этом напряжения V< и V> с помощью аттенюатора

2, запоминая его коэффициент деления

При этом

Ч6< =KV Nq+nV=V< =Чт< ) КН +дЧ. (10) На четвертом этапе переключатель

13 устанавливают в положение 13.2, при этом Чг<4) =nV, . Уравновешивают с помощью аттенюатора 2 соответствующие напряжения и запоминают коэффициент деления N<. При этом (11)

Вычитают из (8) выражение (9), получая

t- =KV,.10 . (12) Вычитают из (10) выражение (11) К(М -Nq)+gV-äV =Ч, (1-n) . (13)

Подставляя (12) в выражение (13) получают

1372237

Следовательно, для получения произведений двух напряжений V, V достаточно вычесть из результата третьего уравновешивания N результат четвертого уравновешивания N6 с учетом коэффициента !О . Сложение (вычитание) напряжений осуществляют с использованием рассмотренных операций деления или умножения.

Например, с использованием операций деления можно найти отношение

Vg

При этом суммирующий усилитель

Vz

11 суммирует напряжения V x, ...Ч„„ .

Учитывая, %to Ч =Ч„, 1Ч„,, +. ° . +V „„ а напряжение, калибровки Ч =1В, находят после четырех этапов измерения отношения коэффициенты деления аттенюатора на третьем N и четвертом

N этапах, а затем вычисляют по формуле (7) Аналогично находится Vö по способу умножения при Ч =1В.

Изобретение позволяет, кроме деления, осуществлять такие операции (функциональные преобразования), как умножение, вычитание и суммирование напряжений, а также операции с мно.гочленами.

При этом все преобразования напряжений сводятся к одной математической операции . — вычитанию, что значительно упрощает алгоритм преобразования и устройство, реализующее этот алгоритм, при расширении его функциональных возможностей.

Изобретение также позволяет повысить точность преобразования, так как в результате преобразования отсутствуют адцитивные и мультипликативные составляющие погрешностей, зависящие от стабильности коэффициента передачи канала измерения.

ВНИИПИ Заказ 476/36 Тираж

772 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

V4=V +Ч + Ч (М N8) 10

-1 (15) Формула изобретения

Устройство для аналого-цифрового преобразования напряжений, содержащее первый цифроуправляемый аттенюатор, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого

10 !

50 соединен с входом нуль-индикатора, блок индикации, первый блок управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения функциональных возможностей, в устройство введены первый и второй однополюсные переключатели, однополюсный четырехпозиционный переключатель, усилительпреобразователь, второй цифроуправляемый аттенюатор, второй блок управления, блок задания констант, и-входовой суммирующий усилитель, блок вычитания, причем выход усилителя-преобразователя соединен с входом первого цифроуправляемого аттенюатора, а выход — с подвижным контактом однополюсного четырехпоэиционного переключателя, первый, второй и третий неподвижные контакты которого соединены соответственно с соответствующими зажимами, являющимися соответствующими входами устройства, четвертый неподвижный контакт однополюсного четырехпозиционного переключателя соединен с выходом (n-входового суммирующего усилителя, каждый из входов которого соединен с соответствующими зажимами, являющимися соответствующими входами устройства, управляющий. вход первого аттенюатора соединен с выходом блока вычитания управляющий вход которого соединен с управляющим выходом первого блока управления, информационный выход которого соединен с входом блока индикации, информационный вход блока вычитания соединен с выходом блока задания константы, второй вход блока сравнения соединен с подвижным контактом первого однополюсного переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с подвижным контак— том второго однополюсного переключателя и с входом второго цифроуправляемого аттенюатора, выход которого соединен с вторым неподвижным контактом первого однополюсного переключателя, первый и второй неподвижные контакты второго однополюсного переключателя соединены соответственно с первым и вторым неподвижным контактами однополюсного четырехпозиционного переключателя °