Устройство для измерения отношения двух напряжений

 

Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике, позволяет измерять отношение как меньшего напряжения к большему, так и большего к меньшему. Сущность изобретения: устройство для измерения отношения двух напряжений содержит входы, источник опорного напряжения, первый и второй счетчики импульсов, цифровой компаратор, первый и второй ключи, первый и второй управляемые делители частоты следования импульсов, цифроаналоговый преобразователь, триггер, генератор импульсов, четыре элемента задержки, три регистра, три аналого-цифровых преобразователя, вход "Пуск", выход устройства, первый и второй источники линейно изменяющихся напряжений, третий счетчик импульсов, второй цифровой компаратор, третий ключ, третий управляющий делитель частоты следования импульсов, второй цифроаналоговый преобразователь, второй триггер, пятый и шестой элементы задержки, элемент ИЛИ, элемент И, второй выход устройства. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения отношения двух напряжений.

Известно устройство для измерения отношения двух напряжений, содержащее первый источник линейно изменяющегося сигнала, вход которого подключен к первому входу устройства, а выход - к первому входу компаратора, второй источник линейно изменяющегося сигнала, вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход - к выходу устройства через первый ключ, второй вход устройства соединен с вторым входом компаратора, и вход "Пуск" устройства [1].

Недостатком устройства является ограниченная область его использования, обусловленная возможностью измерения только отношения меньшего измеряемого напряжения к большему.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения отношения двух напряжений, содержащее первый источник линейно изменяющегося сигнала, в состав которого входят последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, первый регистр и первый счетчик импульсов, а также первый управляемый делитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом первого регистра, выход соединен со счетным входом первого счетчика импульсов и стробирующим выходом источника, а вход соединен с тактовым входом источника, вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с входом источника, который соединен с первым входом устройства, выход, управляющий вход и вход сброса первого счетчика импульсов соединены соответственно с выходом, управляющим входом и входом сброса источника, второй источник линейно изменяющегося сигнала, в состав которого входят последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь, второй регистр, второй счетчик импульсов и первый цифроаналоговый преобразователь, а также второй управляемый делитель частоты, вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с входом источника, выход регистра соединен с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, а вход - к тактовому входу источника, выход первого цифроаналогового преобразователя, управляющий вход и вход сброса второго счетчика импульсов соединены соответственно с выходом, управляющим входом и входом сброса источника, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через первый ключ соединен с первым выходом устройства; выход первого источника линейно изменяющегося сигнала соединен с первым входом первого цифрового компаратора, второй вход которого соединен с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с вторым входом устройства, стробирующий вход первого цифрового компаратора соединен со стробирующим выходом первого источника линейно изменяющегося сигнала через первый элемент задержки, а выход - с входом установки первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а вход сброса через третий элемент задержки с управляющими входами источников линейно изменяющегося сигнала и с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с входом "Пуск" устройства и с входами сброса источников линейно изменяющегося сигнала непосредственно, а с входом запуска генератора импульсов - через четвертый элемент задержки, выход генератора импульсов соединен через второй ключ с тактовыми входами источников линейно изменяющегося сигнала [2].

Указанное устройство принято в качестве прототипа. Недостатком известного устройства является ограниченная область применения, обусловленная возможностью измерения только отношения меньшего измеряемого напряжения к большему и отсутствием возможности измерения отношения большего измеряемого напряжения к меньшему.

Целью изобретения является расширение области применения, обусловленное осуществлением возможности измерения отношения большего измеряемого напряжения к меньшему при оставшейся возможности измерения отношения меньшего напряжения к большему.

Поставленная задача достигается тем, что известное устройство снабжено третьим счетчиком импульсов, вторым цифровым компаратором, третьим ключом, третьим управляемым делителем частоты, вторым цифроаналоговым преобразователем, вторым триггером, пятым и шестым элементами задержки, элементом ИЛИ и элементом И, причем выход первого источника линейно изменяющегося напряжения через последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и третий ключ подключены к второму выходу устройства, выход третьего регистра подключен к входу предварительной установки третьего счетчика импульсов и управляющему входу третьего управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - со счетным входом третьего счетчика импульсов непосредственно, а со стробирующим входом второго цифрового компаратора - через пятый элемент задержки, входы второго цифрового компаратора подключены соответственно к выходам второго регистра, второго источника линейно изменяющегося напряжения и третьего счетчика импульсов, а его выход - к входу установки второго триггера, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого подключены к входу сброса первого триггера непосредственно и к прямому выходу второго триггера через шестой элемент задержки, управляющий вход третьего ключа подключен к прямому выходу второго триггера, инверсный выход первого триггера через элемент И соединен с управляющим входом второго ключа, второй вход элемента И подключен к инверсному выходу второго триггера, управляющий вход и вход сброса третьего счетчика импульсов соединены соответственно с выходом второго элемента задержки и с входом "Пуск" устройства.

Введение третьего счетчика импульсов, содержимое которого в начальный момент равно значению меньшего измеряемого напряжения U_вх2 и уменьшение содержимого этого счетчика за счет поступления на его счетный вход последовательности импульсов с выхода генератора импульсов, частота следования которых пропорциональна U_вх2 и реализуется третьим управляемым делителем частоты следования импульсов, и фиксации равенства содержимого третьего счетчика импульсов величине опорного напряжения введением второго цифрового компаратора и фиксации в этот же момент времени остатка в первом счетчике импульсов путем преобразования его в аналоговый эквивалент с помощью второго ЦАП позволяет зафиксировать частное от деления большего измеряемого напряжения к меньшему, что расширяет область применения устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый и второй входы 1 и 2 большего и меньшего измеряемых напряжений, источник 3 опорного напряжения, первый и второй счетчики 4 и 5 импульсов, первый цифровой компаратор 6. первый и второй ключи 7 и 8, первый и второй управляемые делители 9 и 10 частоты следования импульсов, первый ЦАП 11, первый триггер 12, генератор 13 импульсов, первый, второй, третий и четвертый элементы 14 - 17 задержки, первый, второй и третий 18 - 20 регистры, первый, второй и третий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 21 - 23, вход 24 "Пуск" и первый выход 25 устройства. Блоки 4,9,18 и 21 образуют первый источник 26 линейно изменяющегося сигнала, а блоки 5,10,11,19 и 22 - второй источник 27 линейно изменяющегося сигнала. Устройство содержит также третий счетчик 28 импульсов, второй цифровой компаратор 29, третий ключ 30, третий управляемый делитель 31 частоты следования импульсов, второй ЦАП 32, второй триггер 33, пятый и шестой элементы 34 и 35 задержки, элемент ИЛИ 36, элемент И 37, второй выход 38 устройства.

Элементы и блоки устройства соединены следующим образом.

Вход 1 большего измеряемого напряжения U_вх1 подключен к входу первого АЦП 21, выход которого через первый регистр 18 подключен к входу предварительной установки первого счетчика 4 импульсов, выход которого подключен к первому входу первого цифрового компаратора 6. второй вход которого подключен к выходу третьего регистра 20. Вход третьего регистра 20 подключен к выходам третьего АЦП 23, вход которого подключен к входу 2 меньшего измеряемого напряжения U_вх2(U_вх2<U). Выход источника 3 опорного напряжения подключен к входу второго АЦП 22, выход которого через второй регистр 19 подключен к входу предварительной установки второго счетчика 5 импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый ЦАП 11 и первый ключ 7 подключен к первому выходу 25 устройства. Выход генератора 13 импульсов через второй ключ 8 подключен к входам первого и второго управляемых делителей 9 и 10 частоты следования импульсов, выход первого из которых подключен к счетному входу первого счетчика 4 импульсов непосредственно и к стробирующему входу первого цифрового компаратора 6 через первый элемент 14 задержки, а выход второго - к счетному входу второго счетчика 5 импульсов непосредственно.

Управляющие входы первого делителя 9 частоты следования импульсов подключены к выходу первого регистра 18, а управляющие входы второго делителя 10 частоты следования импульсов подключены к выходу второго регистра 19. Вход 24 "Пуск" подключен к входам сброса первого и второго счетчиков 4 и 5 импульсов непосредственно, а к управляющим входам через второй элемент 15 задержки, к входу запуска генератора 13 импульсов через четвертый элемент 17 задержки. Выход второго элемента 15 задержки подключен к входу сброса первого триггера 12 через третий элемент 16 задержки, вход установки первого триггера 12 подключен к выходу первого цифрового компаратора 6. Прямой выход первого триггера 12 подключен к управляющему входу первого ключа 7. Вход первого источника 26 линейно изменяющегося сигнала образует вход первого АЦП 21, тактовый вход - вход первого делителя 9 частоты следования импульсов, управляющий вход - управляющий вход первого счетчика 4 импульсов, вход сброса - вход сброса первого счетчика 4 импульсов, выход - выход первого счетчика 4 импульсов, стробирующий выход - выход первого делителя 9 частоты следования импульсов. Вход второго источника 27 линейно изменяющегося сигнала образует вход второго АЦП 22, тактовый вход - вход второго делителя 10 частоты следования импульсов, управляющий вход - управляющий вход второго счетчика 5 импульсов, вход сброса - вход сброса второго счетчика 5 импульсов, выход - выход первого ЦАП 11.

Выход генератора 13 импульсов через второй ключ 8 подключен также к входу третьего делителя 31 частоты следования импульсов, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика 28 импульсов непосредственно, и к стробирующему входу второго цифрового компаратора 29 через пятый элемент 34 задержки. Первый и второй входы второго цифрового компаратора 29 подключены к выходам третьего счетчика 28 импульсов и второго регистра 19 соответственно, а его выход - к входу установки второго триггера 33, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ 36, входами соединенного с входом сброса первого триггера 12 непосредственно и с прямым выходом второго триггера 33 через шестой элемент 35 задержки.

Выход первого счетчика 4 импульсов через второй ЦАП 32 подключен к входу третьего ключа 30, выходом соединенного с вторым выходом 38 устройства. Управляющий вход третьего ключа 30 подключен к прямому выходу второго триггера 33. Инверсные выходы первого и второго триггеров 12 и 33 подключены к входам элемента И 37, выходом подключенного к управляющему входу второго ключа 8.

Выход третьего регистра 20 подключен к входу предварительной установки третьего счетчика 28 импульсов и управляющему входу третьего делителя 31 частоты следования импульсов. Вход сброса третьего счетчика 28 импульсов подключен к входу 24 "Пуск" непосредственно, а управляющий вход - через второй элемент 15 задержки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии первый, второй и третий счетчики 4,5 и 28 импульсов установлены в нуль, первый, второй и третий ключи 7, 8 и 30 разомкнуты. В первый регистр 18 после преобразования первого АЦП 21 с входа 1 введено значение U_вх1. В третий регистр 20 после преобразования третьего АЦП 23 с входа 2 введено значение U_вх2. Во второй регистр 19 после преобразования второго АЦП 22 с выхода источника 3 опорного напряжения введено значение U_оп. На выходах 25 и 38 устройства сигнал равен нулю.

При поступлении на вход 24 "Пуск" импульса запуска устройства подтверждается нулевое состояние первого, второго и третьего счетчиков 4,5 и 28 импульсов, а через промежуток времени τ_i, определяемый вторым элементом 15 задержки, содержимое первого регистра 18 вводится в первый счетчик 4 импульсов, а содержимое второго регистра 19 - во второй счетчик 5 импульсов, а содержимое третьего регистра 20 - в третий счетчик 28 импульсов, через промежуток времени τ₂, определяемый четвертым элементом 17 задержки, генератор 13 импульсов начинает формировать на выходе последовательность тактовых импульсов, первый и второй триггеры 12 и 33 устанавливаются в нуль через промежуток времени τ₃, определяемый третьим элементом 16 задержки ( τ₃>τ₂). При установлении первого и второго триггеров 12 и 33 в нуль второй ключ 8 замыкается, и на входы первого, второго и третьего делителей 9,10 и 31 частоты следования импульсов поступают импульсы с выхода генератора 13 импульсов. На счетные входы первого, второго и третьего счетчиков 4.5 и 28 импульсов поступают импульсы, частоты следования которых пропорциональны величинам U_вх1, U_оп, U_вх2 соответственно.

При поступлении каждого очередного импульса на вход первого счетчика 4 импульсов тот же импульс, задержанный первым элементом 14 задержки, поступает на вход первого цифрового компаратора 6. При поступлении импульсов на счетный вход (вычитающий вход ) первого счетчика 4 импульсов содержимое счетчика уменьшается. При равенстве содержимого первого счетчика 4 импульсов и третьего регистра 20 на выходе первого цифрового компаратора 6 появляется импульс, поступающий на вход установки первого триггера 12. При этом единичный потенциал поступает на вход первого ключа 7, он замыкается, а второй ключ 8 размыкается. Импульсы с выхода генератора 13 импульсов при замкнутом втором ключе 8 через второй делитель 10 частоты следования импульсов поступают также на счетный вход второго счетчика 5 импульсов, уменьшая его содержимое. При замыкании первого ключа 7 содержимое второго счетчика 5 импульсов после преобразования в аналоговую форму с помощью первого ЦАП 11 поступает на первый выход 25 устройства, где фиксируется напряжение, пропорциональное отношению меньшего измеряемого напряжения к большему.

Так как одновременно с замыканием первого ключа 7 происходит размыкание второго ключа 8, то импульсы с выхода генератора 13 импульсов не поступают на входы первого и второго делителей 9 и 10 частоты следования импульсов, а значит содержимое первого и второго счетчиков 4 и 5 импульсов не изменяется.

При поступлении каждого очередного импульса на вход третьего счетчика 28 импульсов через третий делитель 31 частоты следования импульсов тот же импульс, задержанный пятым элементом 34 задержки, поступает на стробирующий вход второго цифрового компаратора 29. При равенстве содержимых третьего счетчика 28 импульсов и второго регистра 19 на выходе второго цифрового компаратора 29 появляется импульс, поступающий на вход установки второго триггера 33.

При этом единичный потенциал поступает на управляющий вход третьего ключа 30, он замыкается, а второй ключ 8 размыкается. Содержимое первого счетчика 4 импульсов после преобразования в аналоговую форму с помощью второго ЦАП 32 поступает на второй выход 38 устройства, где фиксируется напряжение, пропорциональное отношению большего измеряемого напряжения к меньшему.

Через промежуток времени τ₄, достаточный для фиксации напряжения на втором выходе 38 устройства, на выход шестого элемента 35 задержки поступает импульс, устанавливающий второй триггер 33 в нуль. Тем самым (при нулевом состоянии первого триггера 12) возобновляется поступление импульсов на выход второго ключа 8.

Уровень напряжения U_оп выбран из условия U_оп <U< U_вх1, поэтому вначале по времени фиксируется напряжение на втором выходе 38 устройства, а затем - на первом выходе 25 устройства. При поступлении импульса на вход 24 "Пуск" происходит сброс первого, второго и третьего счетчиков 4,5 и 28 импульсов в нуль и установка через τ₁ содержимого счетчиков 4.5 и 28 импульсов равным U_вх1, U_оп, U_вх2 соответственно, через время τ₃>τ₁ первый и второй триггеры 12 и 33 устанавливаются в нуль, а на выходе генератора 13 импульсов через время τ₂(τ₃>τ₂>τ₁) начинает формироваться последовательность тактовых импульсов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащее первый источник линейно изменяющегося сигнала, в состав которого входят последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, первый регистр и первый счетчик импульсов, а также первый управляемый делитель частоты, управляющий вход которого соединен с выходом первого регистра, выход соединен со счетным входом первого счетчика импульсов и стробирующим выходом источника, а вход соединен с тактовым входом источника, вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с входом источника, который соединен с первым входом устройства, выход, управляющий вход и вход сброса первого счетчика импульсов соединены соответственно с выходом, управляющим входом и входом сброса источника, второй источник линейно изменяющегося сигнала, в состав которого входят последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь, второй регистр, второй счетчик импульсов и первый цифроаналоговый преобразователь, а также второй управляемый делитель частоты, вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с входом источника, выход регистра соединен с управляющим входом второго управляемого делителя частоты, выход которого подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, а вход - к тактовому входу источника, выход первого цифроаналогового преобразователя, управляющий вход и вход сброса второго счетчика импульсов соединены соответственно с выходом, управляющим входом и входом сброса источника, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через первый ключ соединен с первым выходом устройства, выход первого источника линейно изменяющегося сигнала соединен с первым входом первого цифрового компаратора, второй вход которого соединен с выходом третьего регистра, вход которого соединен с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с вторым входом устройства, стробирующий вход первого цифрового компаратора соединен со стробирующим выходом первого источника линейно изменяющегося сигнала через первый элемент задержки, а выход - с входом установки первого триггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а вход сброса через третий элемент задержки с управляющими входами источника линейно изменяющегося сигнала и с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с входом "Пуск" устройства и с входами сброса источников линейно изменяющегося сигнала непосредственно, а с входом запуска генератора импульсов - через четвертый элемент задержки, выход генератора импульсов соединен через второй ключ с тактовыми входами источников линейно изменяющегося сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено третьим счетчиком импульсов, вторым цифровым компаратором, третьим ключом, третьим управляемым делителем частоты, вторым цифроаналоговым преобразователем, вторым триггером, пятым и шестым элементами задержки, элементом ИЛИ и элементом И, причем выход первого источника линейно изменяющегося напряжения через последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и третий ключ подключен к второму выходу устройства, выход третьего регистра подключен к входу предварительной установки третьего счетчика импульсов и управляющему входу третьего управляемого делителя частоты, вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - со счетным входом третьего счетчика импульсов непосредственно, а со стробирующим входом второго цифрового компаратора - через пятый элемент задержки, входы второго цифрового компаратора подключены соответственно к выходам второго регистра, второго источника линейно изменяющегося напряжения и третьего счетчика импульсов, а его выход - к входу установки второго триггера, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, входы которого подключены к входу сброса первого триггера непосредственно и к прямому выходу второго триггера - через шестой элемент задержки, управляющий вход третьего ключа подключен к прямому выходу второго триггера, инверсный выход первого триггера через элемент И соединен с управляющим входом второго ключа, второй вход элемента И подключен к инверсному выходу второго триггера, управляющий вход и вход сброса третьего счетчика импульсов соединены соответственно с выходом второго элемента задержки и с входом "Пуск" устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1