Цифровой измеритель напряжения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения в широком диапазоне величин, например напряжений. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цифровой измеритель напряжения содержит коммутатор 1, блок 2 управления, блок 3 запоминающий аналоговые сигналы, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматор 5, регистры 6 и 10, постоянное запоминающее устройство 7, делитель 8 и элемент задержки. Предложенный цифровой измеритель напряжения обеспечивает заранее заданную погрешность измерения во всем диапазоне изменения измеряемой величины. При больших диапазонах (0-10<SP POS="POST">6</SP>) изменения входной величины использование устройства позволяет обеспечить заранее заданную абсолютную погрешность при любом значении измеряемой величины. В описании изобретения приводится функциональная схема блока управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ЕЧВЬ; % (19) + (11) (su < С 0 R 19/2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP (21) 4351972/24-21 (22) 30,11,87 (46) 30,09.89. Бюл. 1(- 36 (71) Московский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Г„В.Дружинин, Л.А.Карпов, В.Н.Кудрявцев, В.П.Матюнин, Л.A,Êëèìàíîâà и Е.А,Манцерева (53) 681 325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

430325, кл. G 01 R 13/02, 1974 °

Шпяндин В.M. и др. Цифровые элек— троиэмерительные приборы. М.: Энергия, 1972, с. 338-340, рис. 9.10. (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕКИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения в широком диапазоне величин, например напряжений. Целью изобретения яв— ляется повышение точности измерения.

Цифровой измеритель напряжения содержит коммутатор 1, блок 2 управления, блок 3 запоминающий аналоговые сигналы, аналого-цифровой преобразователь 4. сумматор 5, регистры 6 и 10, постоянное запоминающее устройство 7, делитель 8 и элемент задержки. Предложенный цифровой измеритель напряжения обеспечивает заранее заданную погр:шность измерения во всем диана-:.оне изменения измеряемой величины, IIp;- больших диапазонах

6 (0-10 ) изменения входной величины использование устройства позволяет обеспечить заранее заданную абсопютную погрешность при любом значении измеряемой величины, В описании изобретения приводится функциональная схема блока управления. 1 з,п, ф-лы, 3 ил.

3 151169

Изобретение относится K измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения изменяющихся в широком диапазоне ве5 личин, например напряжений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2— пример реализации блока управления; на фиг. 3 — временная диаграмма цик- . ла измерения блок у правления для случая двух измерений входной величиг ы- 1г 15

Устройство (фиг. I ) содержит коммутатор 1, блок 2 управления, аналоговую память 3, аналого-цифровой преобразователь 4, сумматор 5, гервый регистр 6, постоянную память 20 (ПЗУ) 7, делитель 8, элемент 9 задержки, второй регистр 10, причем первый вход коммутатора 1 соединен с входом устройства, первый вьгход коммутатора 1 соединен с информаци- 25 онным входом аналого-цифрового преоб— разователя 4 (АЦП), второй вход-выход коммутатора 1 соединен с аналоговой памятью 3, а первый и второй управляющие входы соединены " первым и вто-30 рым вьгходами блока 2 управления, Управляюпцлй выход АЦП 4 соединен с первым управляющим входом блока 2 управления, третий выход которого соединен с управляющим входом АЦП 4, информационные выходы которого соединены с информационными входами сумматора 5 и первого регистра 6, информационные вьгходы которого соединены с адресными входами постоянной, 40 памяти 7, информациочные выходы которой соединены с вторыми управляющими входами блока 2 управления и с вторыми информационными входами делителя 8, первые информационные входь. которого связаны с. информационными выходами сумматора 5, Информационные выходы делителя 8 соединены с информационными входами регистра 10, Четвертый выход блока 2 управления соединен с первым управляющим входом сумматора 5 и первого регистра

6, Пятый выход блоха 2 управления соединен с BTopb)M управляющим входом сумматора 5, Шестой выход блока 2 управления соединен с управляющим входом делителя 8 и через элемент

9 задержки с управляющим входом второго регистра 10. Цифровой измеритель

9 4 напряжения работает следующим образом.

В начале цикла измерения по сигналам с первого и второго выходов блока 2 управления через коммутатор

1 производится обнуление аналоговой памяти 3 и затем запись величины входного сигнала П в аналоговую память 3 на время цикла измерения.

После этого в течение цикла измерения на вход аналого-цифрового преобразователя 4 подается сигнал И с выхода аналоговой памяти 3 через коммутатор l

При измерениях на третьем выходе блока 2 управления формируется последовательность иэ N+1 сигналов начала преобразования АЦП 4, Работа блока 2 управления синхронизируется сигналами "Конец преобразования с второго выхода АЦП 4, Результаты первого измерения, по сигналу с четвертого выхода блока 2 управления фиксируются в регистре 6, Одновременно обнуляется сумматор 5. Код, записанный в регистр 6, определяет поддиапаэон изменения входной величины Uz, В постоянной памяти 7 выбирается число М измерений, необходимых для обеспечения заданной точности измерения в данном поддиапазоне.

Затем з блоке 2 управления вырабатываются остальные N сигналов начала преобразования АЦП 4.

Результаты каждого из N измерений накапливаются в сумматоре 5 по управляющим сигналам с пя- . -. выхода блока 2 управления. После скончания N измерений и суммирования результатов вырабатывается сигнал на шестом выходе блока 2 управления, разрешающий деление суммы измеренных величин на число N в делителе 8. По счгналу с выхода элемента 9 задержки окончательный результат одного цикла измерения фиксируется в регистре 10, Блок управления (фиг. 2) содержит генератор 11, двоичный счетчик 12 и шифратор 13, одновибратор 14, который формирует короткий импульс по фронту входного сигнала, одновибратор 15, который формирует короткий импульс по фронту сигнала Конец преобразования" АЦП 4, триггер 16, элемент ИЛИ 17,триггер 18, элементы

И 19, элемент 20 задержки, который осуществляет задержку импульса на время большее, чем длительность импульса на выходе одновибратора 15, триггер 21, элемент И 22, элемент задержки 23, который осуществляет задержку импульса на время, большее чем длительность переходных процессов при переключении триггера 21 из состояния лог. "1" в состояние лог.

"0", элемент И 24 двоичный счетчик

25, элемент сравнения кодов 26„ элемент задержки 27, который осуществляет задержку импульса на время, большее чем длительность переходных процессов н сумматоре 5.

Длительность задержки элемента 9 больше, чем время, необходимое на выполнение операции деления делитлем В, В регистре 6 фиксируется старшие разряды выходного кода АЦП 4, определяющие поддиапазон измерения входной величины U Например, если диапазон измерения входной величины U â зависимости от требуемой точности измерения разделен на 8 поддиапазонов, то в этом случае в регчстре 6 необходимо зафиксировать

3 старших разряда двоичного кода с выхода АЦП 4. В этом случае ПЗУ 7 представляет собой 8-адресное запоминающее устройство, в ячейки котороro по соответствующим адресам записаны двоичные коды числа N, N и „, где ï минимальное число необходимых измерений для обеспечения заданной точности измерений в данном ди— апазоне.

Для расчета требуемого числа измерений N из условия обеспечения заданной абсолютной погрешности измерения Ь (при заданной относительной погрешности прибора приведенной к шкале прибора о ) вводятся следующие допущения: отсутствует систематическая погрешность; случайная погрешность измерения имеет нормальный закон распределения, что является основанием для примене— ния правила "36".

1. Цифровой измеритель напряжения, содержащий коммутатор, блок управления, сумматор, аналого-цифровой преобразователь, первый и нторой регистры, элемент задержки, первый нхсд коммутатора соединен с входом

55 устройства первый выход коммутатора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности из..ерения, введены анаТогда величина. абсолютной погрешности имеет нормальный закон распределения с параметрами: тп =0 (н силу допущения 1) (la) 6

5 = — (в силу допущения 2) (2а), 11699

6 где ш — математическое ожидание ;

G< — среднее квадратическое отклонение

В результате многократного измерения получаем случайную величину (К к, )р имеющую нормальный закон распределения с параметрами

m =0 (в силу фарм тль1 1а) };

10 (,б = — (в силу дк.:пмулы (2а)): ! где К вЂ” истинное значение;

R — среднее арифметическое зна15 чение.

Тогда погрешность многократног0 измерения н силу допущения 2 равна:

6 GL (дав)

j,R=- — — и должна быть Е где — )=- Ъ

У (м )

20 6 — допустимая абсолютная погрешность измерения () „ Пх - (gA« )7. ". Ъ и — 1007 °

25 Например, гри значении суммарной о тно си тельной по грешн ости ус т рой с тв а, приведенной к шкале о =0,17, н дианазоне изменения входной величины напряжения U„ от 0 до 65536 (для и. едставления н двоичном коде необходимо 6 разрядов) и заданной допустимой абсолютной псгрешности (см. табл,.) "-качения числа реализаций будут равны:

Цифровой измеритель напряжений. повзоляет обеспечить заранее заданную погрешность измерения на всем диапазоне изменения измеряемой вели40 чины. При больших диапазонах (0-10 } изменения входной величины, использование устройства позноляют обеспечить заранее заданную абсолютную ,погрешность при любом значении измеряемой величины,.

Формула изобретения IgIIggq,логовый запоминающий блок, постоянный запоминающий блок, делитель, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутатора, третий выход блока управления соединен с управляю»»п»м входом аналого-цифрового преобразо вателя, четвертый выход блока управления соединен с третьим входом сумматора и вторым входом первого регистра, пятый выход блока угравления соединен с вторым входом сумматора, шестой выход блока управления соединен с третьим входом делителя и входом элемента задержки, второй входвыход коммутатора соединен с входомвыходом аналогового запоминающегоблока, первые выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с первыми входами сумматора и первыми входами первого регистра, второй выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока управления, выходы сумматора соединены с первыми входами делителя, выходы первого регистра соединены с адресными входами постоянного запоминающего блока. выходы которого соединены с втсрыми входами делите» ля и вторыми входами блока управленя, выходы делителя соединены с перными входами второго регистра, вьгход элемента задержки соединен с вто. рым входом второго регистра.

2. Измеритель по и. I, о т л. и— ч а ю шийся тем, что.олок управления содержит первый и второй двоич- ро ные счетчики, дешифратор,. первый и второй одновибраторы, первьп», второй и третий триггеры, элемент ИЛИ, первый, второй и третий элементы И, первь»й, второй и третий элементы задержки, элемент сравнения, генератор, выход которого соединен с первым входом первого двоичного счетчика, выходы которого соединены с входами дешифратора, первый и второй выходы которого являются первым и вторым выходами блока управления, третий выход цешифратора соединен с входом первого одновибратора„ вь,ход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, с первыми входами первого и второго триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом первого двоичного счетчика, выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, с вторым входом второго триггера и является четвертым выходом блока управления, первый вход которого соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, выход которого является пятым выходо.». блока управления и соединен с первым входом второго двоичного счетчика, с входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ, выход которого является третьим выходом блока управления, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента задержки и с первым входом третьего триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, с вторым входом второго элемента Р,. †.. ходь» второго двоичного счетчика .э"цинены с первыми входами элемента сравнения, вторые входы которого являются вто рыми входами блока управления, вы ход элемента сравнения соединен с вторым входом первого и с вторым входом третьего триггеров„ с вторым входом второго двоичного счетчика и с входом третьего элемента задержки, выход которого является шестым выходом блока управленил.

151 1699

А (aoо! (дол)

6 : Значение

Р,црес !ЗУ/3 ст.раэ. Ug

Диап аэон п „„„в

ПЗУ

000

67,1

001

OIO

011

100

10I

t I0!

П р и м е ч а н и е: диапазоны измерения входной величины з

Г „кратны числу 2

0-8192 1

8192-16384 1,5

16384-24576 2

24576-32768 2,5

32769-40960 3

40960-49152 3,5

49152-57344 4

57344-65536 4,5

1,2 10

9,1 !О

8,1 10

7,6 10

7,3-10

7, ""10

6, 9 10

6,8 "10

119,3

150,9

171,8

186,4

197,2

205,5

212,!

1511699

Составитель A. Власов

Техред М,дидык

Корректор М.Васильева

Редактор А.Долинич

Заказ 5899/49 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101