Цифровой вольтметр действующего значения периодического напряжения произвольной формы

 

367389

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 05.11.1971 (№ 1621473/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 23.1.1973. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 29.III.1973

М. Кл. G Olr 19/26

G 01г 13/02

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 621.317.725(088.8) Авторы изобретения

Э. К. Шахов, В. М. Шляндин, С. M. Телегин и Г. П. Шлыков

Пензенский политехнический институт

Заявитель

ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ

ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Известны цифровые вольтметры действующего значения периодического напряжения произвольной формы, содержащие селектор периода,|преобразователь на пряжения в частоту с квадратичной функцией .преобразования, счетчики, устройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управления.

Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений.

3То достигается тем, что вольтметр снабжен поразрядным формирователем компенсирующего на пряже»»я и схемой совпадения кодов, входы которой соединены с кодовыми выходами счетчиков, а выход — с управляющим входом поразрядного формирователя. Тактирующий вход формирователя подключен к селектору нвриода и шине сброса одного из счетчиков, а выход — к входному переключателю.

На фиг. 1 показана блок-схема предложенного вольтметра; на фиг. 2 — временная диаграмма работы преобразователя напряжения в частоту.

Цифровой вольтметр содержит преобразователь 1 напряжения в частоту- (ПНЧ) с квадратичной функцией преобразования, селектор 2 ,периода входного сигнала, блок 8 управления, входной переключатель 4, ключ 5, счетчиии б и 7, схему 8 совпадения кодов, поразрядный формирователь 9 ковопенсирующето напряжения,и блок 10 цифровой индикации.

Преобразователь 1 напряжения в частоту состоит из дифференциального усилителя 11 постоянного тока (УПТ), блоков 12 .и 18 сравнения, триггера 14, электронного переключате5 ля lб и интегрирующей RC-цепи, включающей резистор lб и емкость 17.

Предположихт,:что в некоторый момент временсс L на вход преобразователя 1 подано напряжение е (t). На диаграмме фиг. 2 оно по10 казано как постоянное, поскольку выходная частота преобразователя на 2 — 3 порядка выше частоты входного сигнала, так что входное на|пряжение на протяжении нескольких периодов выходного сигнала преобразователя мож15 но считать практически постоянным. (Все следующие соотношения столностью справедливы и для случая изменяющегося входного на пряжения произвольной формы.)

Соответствующий сигнал»а входе диффе20 ренциального усилителя 11 вызывает срабатывание блока 18 сравнения, который через триггер 14 и переключатель 1э стодключает на вход интегрирующей цепи положительное образцовое напряжение +Ус. Емкость 17 начи25 пает заряжаться и в некоторый момент времеHiH напряжение на ней сравняется с входным на пряжением e(t). Дифференциальный усилитель не чувствителен к синфазной составляющей напряжений на его входах, поэтому в этот

30 момент его выходное напряжение соответст367389

10

Откуда тх

e n(t) dt = 1=11 °

7х

Un=

60 вует нулевому сигналу па входе. При дальнейшем заряде емкости в момент времени 4 выходной сигнал усилителя достигает величины Uon, (на диаЦ3амме фиг. 2 с7 on, — это приведенная к входу усилителя величина (акоп, ).

В результате срабатывает блок 12 сравнен ия,,и на вход интегрирующей цепи подключается отрицательное образцовое на пряжение—

U0. Емкость 17 начинает разряжаться. )(ак только разность на пряжения ка емкости и

I входного е (t) достигнет величины U„., вновь )происходит изменение знака образцоBQго на пряжения и т. д.

Частоту генерируемых таким образом колебаний можно найти из следующих соотношений.

В течение интервала Т> (см. фиг. 2) емкость разряжается током, имеющим величину (1p+ e (t) I 1В где RIe — величина сопротивления 16.

Скорость изменения напряжения на емкости равна

Up+ e(t)

1 г11вС17 где CI7 — величина емкости 17.

При этом пренебрегаем изменением напряжения на емкости, величина которого

iU;„ i »-iU;„) <(U,.

3а время Т1 напряжение на емкости изменяется на величину (U;„»-+-»U;Ä (=U, n= где К вЂ” коэффициент усиления усилителя;

Upn = | Uon, »+» Uon, I

Следовательно, + ®,т

В1в С17 К

Аналогичные рассуждения для интервала Т2 приводят к следующему выражению: — ® т (11 1в С17 К

Из этих соотношений получаем для велиЧИН TI И Т2 у 1оп@вС17

K»Uо + e (t))

T УОПЙ1вС17

К»Уо — e (t))

Отсюда находим выражен ие для частоты генерируемых таиим образом колебаний

1 () = = х

T1 + Тв 2(1о оий1вС17

Х (с1, — е (t)j = 5)У вЂ” е (/)(, где S — постоянный коэффициент, определяемый параметрами:,преобразователя налряжения в частоту.

Устройство работает в два цикла. В первом цикле происходит выделение селектором 2 периода Тх измеряемого сигнала и :подсчет счетчиком б выходных импульсов преобразователя в течение этого периода. С этой целью по команде с блока 8 управления lIIpIIIIIovîIUII селектора 2 открьгваегся ключ 5 на время T„.

В результате на счетчик б с преобразователя 1 проходит число импульсов, равное тх тх

Np = ) f(t)dt = ЯУоT — S (е Яй. (1)

О О

Во втором цикле по окончании селектированного периода входного сигнала по команде с блока 8 управления,переключатель 4 подключает на вход преобразователя 1 ком пенсирующее на пряжение с преобразователя код— напряжение (ПКН) формирователя 9. Одновременно происходит очищение счетчика 7 и начинается процесс поразрядного формирования компенсирующето напряжения.

Процесс формирования, происходит следующим образом. Распределитель формирователя осуществляет последовательное включение ступени компенсирующего напряжения, начиная со старшего разряда. После каждото такого включения в течение времени счетчик 7, сбрасываемый на нуль в начале каждого интервала, подсчитывает выходную частоту преобразователя 1. При этом, если набранная «одовая комбинация соответствует U )En, то, очевидно, срабатывает схема 8 совпадения кодов до момента, прихода очередного им пульса с селектора 2. В подобном случае по приходу на распределитель формирователя очередного им пульса с селектора последний из включенных разрядов отключается. Если же Un(Å„, импульс со схемы совпадения кодов He IIIoHBляется и набранная кодовая комбинация остается, а с:приходом очередного тактирующего импульса с выхода селектора распределитель формирователя включает лишь следующий по весу разряд Un. По окончании цикла уравновешивания числа в счетчиках б и 7 отличают не более, чем на относительную величину погрешности дискретности преобразователя код — напряжен <е, т. е. с точностью до этой погрешности можно записать N7=Ne.

Причем

Ц = S.U07„— Я „ т.. (2) Таким образом, приравнивая выражения (1) и (2), имеем тх

S U0T„— S l e*(t)dt=5и20т„— Ялт. о о

Следовательно код числа Un, полученного в блоке поразрядното формирования ком пенсирующего напряжения, .пропорционален непо367389 средственно действующему значению измеряемого периодического напряжения.

Время одного измерения равно периоду входного сигнала плюс время Af, затрачиваемое во,втором цикле на,процесс поразрядного уравновешивания. Длительность, последнего зависит от требуемой погрешности дискретности прибора, т. е. от количества разрядов в блоке формирования компенсирующего напряжения и периода Т,, в течение которого оценивается каждый разряд, начиная со старшего, т. е. М=пТ„., где и — количество разрядов.

Как следует из выражения (3), отсчет оказывается неза висимым от частоты измеряемого на пряжения. На результат измерения не влияют изменения функции, преобразования преобразователя напряжения в частоту, благодаря чему аналоговую часть вольтметра, т. е. этот преобразователь, можно выполнить по простейшей схеме. Экс|периментальные данные полностью подтвердил и возможность создания такого вольтметра действующсго значения.

Предмет изобретения

5 Цифровой вольтметр действующего значения:периодического напряжения произвольной формы, содержащий селектор периода, Д1реобразователь напряжения в частоту ." квадратичной функцией преобразования, счетчики, уст10 ройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управления, отличающийся тем, что, с целью новышения точности и надежности .измерений, он снабжен поразрядным:формирователем компенсирующего напряжения

15 и схемой совпадения кодов, входы которой подключены к кодовым:выходам счетчиков, а выход;соединен с управляющим входом поразрядного формирователя, тактирующий вход которого подключен к селектору периода

20 и шине сброса одного из счетчиков, а выход— к входному переключателю.

367389

e(tJ

I ! !

I I

I ! ! !

L L

ЮихИ

nw

Фиг Г

Составитель T. Вемерейкина

Редактор И. Грузова Техред Л. Грачева Корректоры: A. Васильева и О. Усова

Заказ 546/9 Изд. № 1167 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, !К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2