Цифровой вольтметр постоянного тока

 

© И С А Н И Е (и)855988

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнн

Соцналнстнческня

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.07. 79 (21) 2795523/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.81. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 25. 08. 81 (5т)М. Кл.

Н 03 К 13/02

Гааудярстявниый каинтят по делам изааретеиий и атнрытий (53) УДК681. 325 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.В. Петров и Э.Ф.-Л. Симхович

Ленинградское производственное объединение "Вибратор" (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах постоянного тока.

Известны цифровые вольтметры постоянного тока с автоматическим выбором предела измерения, содержащие высокочувствительный блок выбора предела измерения, состоящий из усилителя постоянного тока типа МДМ, 10 цепи обратной связи и коммутирующих ее ключей, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)и блок управления, причем усилитель постоянного тока и АЦП используются как при выбоIS ре предела измерения, так и для аналого-цифрового преобразования измеряемой величины (1 1.

Недостаток этих цифровых вольтметров - большое время выбора пре-.

20 дела измерения, обусловленное инерционностью усилителя типа МДМ и соответственно большим временем установления напряжения на его выходе

2 после каждой коммутации цепи обратной связи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратнои связи, первый из которых — высокочувствительный и инерционный, а второй — малочувствительный и быстродействующий, аналого-циФровой преобразователь, блок уттравления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы — с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя (2 1.

Однако этот вольтметр имеет низкую точность, обусловленную взаимным влиянием блоков выбора предела измерения.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Цифровой вольтметр содержит первый — высокочувствительный и инер35 ционный блок выбора предела измерения в виде высокочувствительного усилителя 1 типа МДМ с входами 2 и 3, выходом 4 и цепью 5 обратной связи с коммутирующими ее клочами, второй— 0 малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела в виде малочувствительного и быстродействующего усилителя 6 (c, непосредственной связью каскадов) со входами 7 и 8, выходом 9 v. цепью 10 обратной связи с коммутирующими ее ключами, причем цепи обратной связи идентичны, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

11 с информационным 12 и управляющим

13 входами и выходом 14 блок 15 управления со входом 16 и выходами— первым 17, вторым 18, третьим 19 и четвертым 20, переключатель 21 с информационньгми 22 и 23, управляющим 24 входами и выходом 25.

Вход 22 переключателя 21 соединен с одним входом устройства, к которому подключается измеряемде на55

3 85598

Цель изобретения — повышение точ- ности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которых — вьгсокочуватвитель,ный и инерционный, а второй — малочувствительный и быстродействующий, 10 аналого-цифровой преобразователь, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а вьгходы — с управляющими входами ключей цепей обрат- 15 ной связи и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройства и входом чувствительного и инер- 20 ционного блока выбора предела измерений, выход которого подключен ко второму входу переключателя, выход последнего через малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход переключателя подключен к дополнительному выходу блока управления. 30

8 ф пряжение U и с входом 2 высокочувствительного усилителя 1, выход

4 последнего соединен со вторым входом 23 переключателя 21. Выход 25 переключателя 21 соединен со входом 7 быстродействующего усилителя

6, выход 9 которого соединен с информационным входом 12 АЦП 11. Цепи обратной связи 5 и 10 включены соответственно между выходами 4 и 9, и входами 3 и 8 усилителей

1 и 6. Вход 16 блока 15 управления соединен с вьгходом 14 АЦП 11, выходы

17 и 18 соединены соответственно с управляющими входами ключей, коммутирующих цепи обратной связи 5 и 10, выход 19 — с управляющим входом 13 AiJII ll а вьгход 20 - с управляющим входом 24 переключателя 21.

Между выходом 4 высокочувствительного усилителя 1 и входом 23 переключателя 21, а также между входом

2 усилит еля 1 и входом 22 переключателя 21 могут включаться фильтры (на чертеже не показаны).

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении переключатель 21 выключен, вход 23 переключателя 21 замкнут с ".ãî выходом 25, а ключи в цепях 5 и 10 обратной связи установлены так, что коэффициенты усиления усилителей 1 и 6 равны единице. Цикл измерения начинается с включения переключателя 21, для чего с выхода 20 блока 15 управления поступает сигнал, размьгкающий вход

23 переключателя 21 с его выходом

25 и замыкающий этот выход с его входом 22. При этом благодаря единичному коэффициенту усиления усилителя 1 он не входит в насыщение ни при каком значении напряжения U, а благодаря единичному коэффициенту усиления усилителя 6 на информационном входе

12 АЦП 11 появляет" ÿ напряжение U равное измеряемому напряжению U .

Далее с выхода 19 блока 15 управления поступает команда на вход 13

AUI 11, в результате которой с этого момента и до конца выбора предела измерения напряжения U> сравнивается с 0,1 0 где 0 - максимально входное напржкение, на которое рассчитан ЬЦТ 11 (коэффициент О,1 обусловлен тем, что коэффициенты усиления усилителей 1 и б, также как и пределы измерения цифровых приборов, 855988 кратны 10) и для получения наибольшей точности аналого-цифрового преобразования измеряемого напряжения

U> необходимо, чтобы цифровое значение А напряжейия О было оптимальным, т.е. выполнялось соотношение О,IA<<

<А<А, где Aph - максимальное цифровое значение АЦП 11 соответствующее U>

В результате упомянутого сравнения,!О напряжений Ц!2и 0,1 U на выходе

14 АЦП 11 появляется сигнал, полярность которого зависит от соотношения указанных напряжений, причем, если U < 0,1U (т.е. предел измерения, установленный в данный момент1 еще не оптимален и его следует изменить), то на вход 16 блока 15 управления поступает такая команда, что последний по выходу 18 переключает 20 ключи в цепи 10 обратной связи таким образом, что коэффициент усиления усилителя 6 становится равным десяти и напряжение U становится равным .100к. Это напряжение сравнивается в АЦП с напряжением О,IU> и .результат сравнения в виде соответствующей команды поступает на вход

16 блока 15 управления, который по своему выходу 18 переключает цепь об- ЗО ратной связи 10, увеличивая коэффициент усиления усилителя 6 еще в 10 раз. Так продолжается до тех пор, пока не выполняется условие О1 7 0 что свидетельствует о выборе оптимального предела. В этом случае

АЦП 11 подает на вход 16 блока 15 управления команду окончить выбор предела, в результате которой блок

15 управления по выходу 17 устанавли- 40 вает ключи н цепи 5 обратной связи н положение, соответствующее выбранному пределу, по выходу 18 — ключи в цепи 10 обратной связи — в положение, соответствующее единичному коэффициенту усиления усилителя б, по выходу 19 выключает в АЦП напряжение О,IU®, а по выходу 20 выключает переключатель 21, в результате чего его выход 23 соединяется с выходом 25. формула изобретения цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки ныбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которыхвысокочувствительный и инерционный, второй - малочувстнительный и быстродействующий, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы — с управляющими входами ключей цепей обратной снязи и управля ющим входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, в него введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройства и входом высокочувствительного и инерционно45

По прошествии времени, необходимого для установления напряжения на выходе 4 усилителя 1 с необходимой точностью (это время задается в блоке 15 управления), с выхода

19 блока 15 управления поступает команда на вход 13 АЦП Il о начале аналого-цифрового преобразования на выбранном пределе. По этой команде АЦП осуществляет аналого-цифровое преобразование и ньщает о нем информацию с учетом десятичной запятой (положение которой определяется выбранным пределом измерения) в отсчетное устройство АЦП.

После этого блок 15 управления по выходу 17 устанавливает ключи, коммутирующие цепь 5 обратной связи усилителя 1 в положение, соответстнующее единичному коэффициенту усиления усилителя 1 (во избежание его перегрузки при изменении величины

U ). Устройство готово к следующему измерению.

Таким образом, в предлагаемом

1 устройстве отсутствует взаимное влияние блоков выбора предела измерения, поэтому оно имеет более высокую точность при сохранении высокого быстродействия. Кроме того, в нем малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела выполняет дне функции: усиления сигнала в процессе выбора предела измерения и разрядки выходной- цепи высокочувствительного блока выбора предела и входной цепи АЦП (что особенно важно при наличии упомянутых фильтров) в процессе аналоге-цифрового преобразования. Это снижает требования к входному сопротивлению АцП и упрощает устройство.

7 го блока выбора предела измерений, выход которого подключен ко второму входу переключателя, выход последнего через малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход переключателя подключен к дополнительному вЫходу блока управления.

855988 8

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Цифровой универсальный измерительный прибор (ЦУИП), "Машприборинторг, 1971, с. 11, 24.

2. Авторское свидтельство СССР

11 369498, кл. Н 03 К 13/02, 08.10.69 (прототип), Составитель В.Махнанов

Редактор И.Касарда Техред N.Ðåéâåñ Корректор М.Коста

Заказ 6964 85 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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