Цифровой вольтметр

 

Вовс а ие иает ь:е @нт:--.>-тахннеет:щиее и - и - -А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (iii798611

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ф

Ф ф 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22)Заявлено 08.0l.79 (2l) 27l0l44/l8 2l с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет—

Опубликовано 23.01.81.. Бюллетень ¹ З

Дата опубликования описания25.0 l.8 1 (51)М. Кд, 6 01 Р l9/25

Гооударотееииый комитет

СССР ио лелем изобретений и открытий (53) УДК eel. .325(088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Емец, В. А. Земляной, В. И. Стан, B. Ll. Хазов и И. Г. Ханин (7l) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

Изобретение относится к измеритель-., ной технике и может быть использовано при точных измерениях с использованием преобразователей типа напряжение-частота или напряжение-интервал времени.

Известен цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, задающий генератор, источник образцового напря жения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной пе-.

10 реключатель, переключатель режима работы и блок. индикации, причем вход преобразователя напряжения в частоту соединен с общим контактом входного nepel5 ключателя, коммутируемые контакты которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напряжения и общей шиной, выход реверсивного счетчика подключен ко входу первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задающего генератора соединен с одним из входов второго элемента И (1).

Однако данный вольтметр имеет малую точность измерения.

Известен также цифровой вольтметр, содержащий входной переключатель, преобразователь напряжение-частота, источник образцового напряжения, три элемента И, задающий генератор, три переключателя режима работы, три. реверсивных счетчика, один из .которых выполняет функции счетчика выходных импульсов, две схемы выделения нуля, схему сравнения, блок управления и блок индикации, причем вход преобразователя соединен с общим контактом входного переключателя, коммутируемые контакты которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, выходом источника об разцового напряжения и обшей шиной устройства. Первый вход первого элемента И подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а первые входы второго и третьего элементов И под3 ключены соответственно к общим контактам первого, второго и третьего переключателй режима работы, коммутируемые контакты каждого из которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков. Выходы первой и второй схем выделения нуля, а также выход схемы сравнения подключены к соответствующим входам блока управления, выходы которого подключены со т-

Ъетственно ко вторым входам элеменгов И и управляющим входам переключателей режима работы, входного переключателя и блока индикации (21.

В вольтметре реализуется итерационный метод автоматической коррекции по- грешностей, при котором осуществляется последовательное приближение результатов измерений к истинному значению из- щ меряемой величины.

Однако недостатком известного устройства является необходимость проведе-. ния большого количества тактов измерений, что снижает быстродействие вольт- 15 метра, усложняет измерительный процесс.

Количество тактов увеличивается с .повышением точности измерений и умень. шением крутизны преобразования напряжения в частоту, при этом возникает ЗО противоречие между "требуемой точностью и величиной случайной погреШности, которая возрастает с увеличением числа тактов. Кроме того, в известном вольтметре имеют место значительные потери рабочего времени из-аа многократной перекоммутации аналоговых сигналов, что также снижает его быстродействие и повышает требования к коммутирующим устройствам. Уменьшение же,числа тактов приводит к снижению точности измерений.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий задающий генератор, входной переключатель, первый, второй, третий .и четвертый входы которого соответственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с общей шиной, с выходом источника образцового напряжения, -а выход подключен ко входу преобра-, зователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитаюп ч входами первого реверсивного счетчика, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом . второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, а второй вход соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом счетчика выходных импульсов, введены арифметический блок, регистр, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь пакета импульсов, формирователь кода операции, формирователь сигнала округления и коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход — с первым информационныь входом арифметического блока, второй информационный вход которого соединен с выходом регистра, при этом первый выход соединен со входом счетчика выходных импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первым входом регистра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом формирователя кода операции и через формирователь сигнала округления подключен к седьмому выходу блока управления, при этом третий вход соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователя пакета импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с задающим генератором и восьмым выходом блока управления, при этом выход формирователя кода операции соединен с третьим входом арифметического блока.

На чертеже представлена электрическая структурная схема цифрового вогтьтметра.

Вольтметр содержит входной переключатель 4,, преобразователь 2 напряжения в частоту, входную шину 3, источник 4 образцового напряжения, общую шину 5, первый и второй элементы И 6 и 7, первый и второй переключатели 8 и 9 режима работы первый и второй реверсивные счетчики lO и 11, блок l2 управления, задающий генератор 13, счет5 7986 чик 14 выходных импульсов блок l5 индикации, коммутатор l6, блок 16 управления, регистр l8, элемент ИЛИ l9, элемент 20 задержки„формирователь 2l пакета импульсов, формирователь 22 5 кода операции, шину 23 "Пуск, первый информационный вход 24 арифметического блока, второй информационный вход 25 арифметического блока.

Цифровой вольтметр производит авто- 10 матическую коррекцию погрешностей согласно формуле

У(x) -Х(о) (4) (м)- f(о) — скорректированный результат измерения; образцовая мера;

f (g) — результат измерения определяемого параметра; (о) — результат поверки нуля;

f(ó) — результат поверки образцовой меры.

М У Т где

25 где

В течение четвертого такта производится обработка и коррекция результатов измерений; полученных в предыдуших трех тактах. При этом блок 12 управления закрывает оба элемента И 6 и 7 и выдает сигнал разрешения на формирователь 23. пакета импульсов, который иэ последовательности импульсов, выраба- тываемых задающим генератором l3, формирует определенное количество М импульсов коррекции, соответствующее величине образцового напряжения на выходе источника 4. С выхода формирователя 2l импульсы коррекции поступают соответственно на управляющий вход коммутатора 16, на второй вход элемента ИЛИ и на первый управляющий вход формирователя 22. Причем, при наличии импульса коррекции, коммутатор l6 находится в состоянии, при котором на информационный вход 24 арифметического блока l7 поступает код числа, записанного в реверсивном счетчике lO. При этом формирователь 22 вырабатывает код операции сложения, а арифметический

Цифровой вольтметр работает следующим образом.

По команде "Пуск" блок l2 управления вырабатывает три равных временных интервала Ти для трех измерительных тактов и один временной интервал Т для такта коррекции. 30

В первом такте измерений входной переключатель l установлен в положение; при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к выходной клемме 3 вольтметра, первый элемент

И 6 открыт, второй. элемент И 7 закрыт, а переключатель 8 режима работы установлен в положение, при котором выход первого элемента И 6 подключен ко входу сложения первого реверсивного счет= щ чика 10. Импульсы с частотой 1 с выхода преобразователя 2 через элемент И 6 и переключатель 8 поступают на вход сложения реверсивного счетчика lO, в котором к концу первого такта записывается,ц число, равное 11 = 1 Т„

Во втором такте измерений блок 12 управления переводит входной переключатель 1 в положение, при котором вход преобразователя 2 подсоединен к источни- у ку 4 образцового напряжения, первый элемент И 6 закрыт, второй элемент И 7 открыт, а переключатель 9 режима работы установлен в положение, при котором выход элемента И 7.соединен со вхо- у дом сложения реверсивного (второго) счетчика 1.L. Преобразователь 2 вырабатывает импульсы с частотой 1, которые через элемент И 7 и переключатель 9 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 1< 3а время длительности второго такта измерений в счетчике l l запишется число, равное

В третьем такте измерений блок l2 управления устанавливает переключатель. l в положение, при котором ко входу преобразователя 2 подключена общая шина 5, оба элемента И 6 и 7 открыты, а переключатели 8 и 9 режима работы находятся в положении, при котором выходы первого и второго элементов И 6 и 7 соответственно подключены ко входам вычитания первого и второго реверсивных счетчиков lO u l l. Импульсы с частотой следования 4, вырабатываемые преобразователем 2, через элементы И.6 и 7 и переключатели 8 и 9 поступают нв входы вычитания счетчиков 10 и 1l, состояния которых в конце третьего такта измерений определяются соответственно следующими выражениями и — количество импульсов, поступающих от преобразователя 2 в течение третьего такта, равное

l 3. 8

Так как в данном выражении величина N является числоимпульсным представлением "образцовой камеры, а величины Nq, М2 u Nq представляют собой соответственно результат измерения определяемого параметра, результат поверки образцовой меры и результат поверки нуля, то очевидно,что в четвертом такте производится обработка результатов измерений. по, .алгоритму автоматической коррекции погрешностей согласно формуле (1.), a число, записанное в счетчике 14 выходных импульсов, представляет собой скорректированный результат измерений.

Если принято, что преобразователь 2 напряжения в частоту имеет линейную характеристику преобразования, то точность измерений практически будет определя;ься только точностью источника 4 образцового напряжения и не .зависит от длительности измерительных тактов

Ти и такта коррекции Т . Длительность Т ограничивается минимальной частотой импульсов, вырабатываемых преобразователем 2, и практически всегда может быть выбрана достаточно малой. Длительность Тк такта коррекции ограничена лишь быстродействием арифметического устройства l7 и может быть значительно меньше длительности Т измерительных тактов.

Таким образом, вольтметр, по сравнению с известным, позволяет существенно повысить оперативность измерений, причем количество тактов измерений всегда остается постоянным и не .зависит от требуемой точности.

Разрешающая способность вольтметра может быть легко увеличена, для этого формирователь 21;пакета импульсов должен вырабатывать количество импульсов, равное

= М10к

I.

7986 при где

Всего в течение четвертого такта на

° / $5 вход счетчика 14 поступает количество ., импульсов, равное

"1 N3 2" Ъ блок 17 производит суммирование чисел, поступающих на информационные входы

24 и 25, и выдает результат сложения на информационный вход регистра 18, который первоначально находится в нулевом состоянии. Запись информации в регистр 18 производится этим же.импульсом коррекции, прошедшим через элемент ИЛИ и задержанным в схеме 20 на время выполнения операции в ариф- 36 метическом блоке 17.

При отсутствии импульса. коорекции коммутатор переходит в состояние, при котором на информационный вход ариф-. метического блока 17 поступает код числа, записанного в счетчике 1 l.. Формирователь 22 вырабатывает код операции вычитания, при этом число, поступающее на вход 25 блока 17, является уменьшающим, а число, поступающее на 20 вход 24 — вычитаемым. Если разность

1 положительна или равна нулю, т.е. число на входе 25 больше или равно числу на входе 24, то на соответствуюшем выходе арифметического блока l7 происходит формирование импульса, который через элемент ИЛИ, элемент 20 задержки производит запись кода разности в регистр 18. Одновременно этот же импульс поступает на вход счетчика 3.4 30 выходных импульсов. Если же разность чисел, поступающих на .,информационные входы 24 и 25, отрицательна, то импульс на выходе арифметического блока 17 не формируется, а запись результата вычитания в регистр 18 не производится. B дальнейшем работа вольтметра происходит аналогичным образом.

При поступлении с выхода формировате. ля 2l. Ф -го ймпульса коррекций ариф- 4р метический блок 17 вырабатывает следующие значения результатов сложения и вычитания соответственно

"-М (й„-N g-h (. - ., 45 (-N )-(+ „+ q )(N2-N ), В=1, 2,3..М, Yl „- количество выходных имИ -1 пульсов, сформированных из (М -1) импульсов коррекции, равное и -йъ

"эи-1 (" М -N где К - количество десятичных разрядов результата измерения после запятой.

Кроме того, для повышения точности измерений в вольтметре производится округление результата, полученного в счетчике 14, до половины единицы младшего разряда. Для этого, по окончании такта коррекции блок управления выдает сйгнал, который поступает на вход 24 формирователя сигнала округления. Формирователь вырабатывает импульс, пос тупающий на второй управляющий вход формирователя 22 кода операции, при

9 79861 l этом последний переводит арифметический блок l7 в режим удвоения числа, хранящегося в регистре 18 и поступающего на информационный вход 25. Этот же импульс с выхода формирователя сигнала округления поступает на третий вход элемента ИЛИ и, пройдя элемент задержки. производит запись результата удвоения в регистр l8. По окончании импульса округления формирователь 22 переводит 10 арифметический блок 17 в режим вычитания. Коммутатор l6 находится в состоянии, при котором на информационный вход 24 блока l7 поступает число, записанное в счетчике 3.1. При этом, если И число, поступающее на вход 25, равно или больше числа, поступающего на вход

24, то на выходе арифметического бло- ка 37 формируется импульс, который поступает на вход счетчика 14. В прот ном случае импульс на выходе блока 1 7 не формируется, и результат, измерения записанный в счетчике l4 остается без

I изменения.

На этом блок управления останавливает процесс измерения и выдает- разрешающий сигнал в блок индикации. Для проведения следующего измерения необходимо подать управляющий сигнал на шину 23 "Пуск".

Использование вольтметра обеспечивает по сравнению с существующими повышение быстродействия и точности измерений. Кроме того, наличие выхода скорректированного результата измерения в унитарном коде делает возможным достаточно просто производить.линеаризацию характеристик измерительных преобразователей и функциональные числоимпульсные преобразования без дополнительных затрат рабочего времени.

10 ив 20

ЗО

М

50 формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий за-. дающий генератор, входной переключатель, первый, второй, третий и четвертый. входы которого соответственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с общей шиной, с выходдм источника образцового напряжения, а выход подключен ко входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом, первого элемента И, выход которого соединен. с первым входом первого переключателя ре- жима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчика, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом второго .элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режи- ма работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного, счетчика, а второй вход соединен с пя- тым выходом блока управления, шестой выход. которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом счетчика выход-. ных импульсов, отличающийся тем, что, с целью,повышения быстродействия и точности измерений, введены арифметический блок, регистр, элемент

ИЛИ, элемент задержки, формирователь пакета, импульсов, формирователь кода операции, формирователь сигнала округ ления и коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход — с первым информационным входом арифметического блока, второй информационный вход кото рого соединен с выходом регистра, при этом первый выход, соединен . со входом счетчика выходных импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первым входом реги-стра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом формирователя кода операции и через формирователь сигнала округления подключен к седьмому выходу блока управления, при этом третий вход соединен с третьим входом коммута.тора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователя пакета импульсов, первый.и второй входы которого соединены соответственно с задающим генератором и восьмым выходом блока управления,.при этом выход формирователя кода операций соединен с третьим входом арифметичесхого блока.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1; Авторское свидетельство СССР

N> 3l708l, кл. Н 03 К 13/20, 24. l 2.69.

2. Авторское свидетельство СССР

М 550763, кл. 5Ol Я 19/26

24.02.75.

79864 1. составитель Л., Беляева

Редактор В, Данко,Танкред Т.Маточка Корректор С. 11feKMap

Заказ 10018/55 Тираж743:, Подписное

БНИИЙИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

14.3035, Москва,: Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4