Цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Сй иалнстическик

Республик ои864157

Ф

Ф

4 Ф t

«;,„, /б" с

К ASTO3lCNOhA31 СВИ ITIllbCTSy

I (61) Дополнительное к авт. свмд-ву— (22) Заявлено 281179 (21) 2844454/18-21 с присоединением заявки ЙУ (23) Приоритет

Опубликовано 150981. Бюллетень Н9 34

Дата опубликования описания 150981 (51 i1 М. К.

G 01 R 19/25

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

{53) УДК б81.З25 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Л.Аринштейн, Л.Г.Альянова, В.A.Êóýèí н (71) Заявитель (54) .ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО

ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике н используется для построения вольтметров среднеквадратического значения напряжения переменного тока с широким частотным диапазоном, включая диапазон инфранизких частот.

Известен цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий два термореэонансных преобразователя, каждый иэ которых снабжен двумя нагревателями и автогенераторами, генератор опорной частоты, преобразователь частота-ток, два устройства вычита- I5 ния частот, счетчик, преобразователь код-ток, устройство управления, устройство индикации. При этом вход вольтметра соединен с первым нагревателем первого терморезонансного пре- 20 образователя, вход преобразователя код-ток соединен с выходом счетчика, а его выход с первым нагревателем второго терморезонансного преобразователя, вторые нагреватели териоре- 25 зонансных преобразователей соединены с выходами преобразователя частотакод, вход которого соединен с выходом первого устройства вычитания частот, первый вход первого устрой- 30 ства вычитания частот соединен с генератором опорной частоты, а второй вход с выходом автогенератора первого терморезонансного преобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входами второго устройства вычитания частот, вход которого соединен со входом счетчика, а вход устройства индикации соединен с выходом счетчик а t1) .

Недостатком этого устройства является наличие погрешности от пульсаций выходной частоты первого терморезонансного преобразователя при измерении сигналов в диапазоне низких и инфраниэких частот, что приводит к снижению точности измерения напряжений низких частот н делает невозможным измерение напряжений инфранизких частот.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона цифрового вольтметра в сторону ннфранизких частот и повышение точности измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что в известный цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий устройство индикации, два терморезонансных преобразователя, выходы

864157

36 а5

S5 входного сигнала которых соединены с первыми входами автогенераторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, при этом входная шина через резистор соединена с первым нагревателем первого .термореэонансного преобразователя, устройство управления, первый выход которого соединен с первым входом первого счетчика, преобразователь код-ток, выход которого соединен с первым нагревателем второго терморезонансного преобразователя, вторые нагреватели терморезонансных преобразователей соединены с выходами, преобразователя частота-ток, вход которого соединен с выходом первого устройства вычитания частот, первый вход этого устройства вычитания частот со- . единен с генератором опорной частоты, а второй его вход — с выходом автогенератора первого терморезонансного преобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входами второго устройства вычитания частот, допол- ительно введены измеритель периода, второй счетчик, два одновибратора, триггер; устройство сравнения, два ключа, преобразоьатель интервал времени — код и арифметическое устройство, при этом первый вход измерителя периода соединен со входом вольтметра, а его выход соединен со входом второго счетчика, первым входом устройства сравнения входами обоих одновибраторов, а также с

S-входом триггера, R-вход которого соединен с выходом второго счетчика, .выход первого одновибратора соединен со вторым входом устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первый и второй информационные входы этого ключа соединены с выходами триггера и второго одновибратора соответственно, а выход первого ключа соединен с первым входом преобразователя интервал времени — код и с управляющим входом второго ключа, включенного между выходом второго устройства вычитания частот и первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом арифметического устройства, второй вход арифметического устройсТва соединен с выходом преобразователя интервал времени — код, выход арифметического устройства соединен со входами устрбйства индикации и преобразователя код-ток, а выход устройства управления соединен со вторыми входами измерителя периода, первого счетчика и преобразователя интервал времени— код.

На фиг. 1 представлена структур- ная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграмма работы устройства при инфранизкочастотром входном сигнале. устройство содержит два терморезонансных преобразователя 1 и 2 с автогенераторами 3 и 4, генератор 5 опорной частоты, два устройства вычитания чаетот 6 .и 8, преобразователь

7 частота-ток, два ключа 9 и 10, два счетчика 11 и 16, устройство управления 12, измеритель периода

13, два одновнбратора 14 и 15, устройство 17 сравнения, триггер 18, преобразователь 19 интервал времени - код, арифметическое устройство

21, преобразователь код-ток 20, устройство индикации 22.

Термореэонансные преобразователи

1 и 2 вместе с автогенераторами 3 и

4, устройство вычитания частот 8; ключом 10, счетчиком 11, арифметическим устройством .21 и преобразователем код-ток 20 образуют основную систему автоматического уравновешивания, выравнивающую температуры термореэисторных преобразователей .1 и 2.

Генератор 5 опорной частоты, устройство вычитания частот 6 и преобразователь частота-ток 7 образуют вспомогательный контур автоматического регулирования, с помощью которого температура обоих термореэонансных преобразователей поддерживается на постоянном уровне, задаваемом частотой генератора 5 опорной частоты.

Вышеперечисленные блоки образуют автоматизированный компаратор одновременного сравнения на термореэонансных преобразователях 1 и 2, работающих в изотермическом режиме.

В установившемся режиме работы при измерении сигналов в области низких и инфраниэких частот (фиг,2а) раэностная частота Д f на выходе устройства вычитания частот 8 становит.ая пульсирующей (фиг.2б) и s первом приближении имеет вид

М h f o + д 1 s in2uxt (1) где gfg - среднее значение частоты

М, пропорциональное действующему значению измеряемого напряжения;

М, - амплитуда пульсаций частоты hf, зависящая от частоты измеренного напряжения

Wy и параметров терморезонансных преобразователей.

Для уменьшения погрешности преобразования, обусловленного вторым членом формулы, время лосчета выходных импульсов устройства вычитания частот 8 при низкочастотных и инфранизкочастотных входных сигналах выбирается равным или кратным периоду

»х. где Тс - время подсчета выходных импульсов устройства вычитания частот 8

864157.

Устройство сравненйя 17 сравнивает длительности Т и Т> и вырабатывает сигнал, управляющий ключом 9.

При измерении НИ и-ИНИ сигналов (T> > T<) клюс 9 устанавливается в положение 1 сигналом с выхода устройства сравнения 17, длительность которого равна Т .= nT>.

При измерении сигналов в области средних и высоких частот (Т 4 Tg) сигналом с выхода устройства равнения 17, длительность которого равна Т = Т, где Т, — произвольно выбранная величина; ключ 9 устанавливается в положение П.

Сигнал управления на ключ 10 поступает с контакта ключа 9. Дли" тельность этого сигнала задает интервал времени счета Т и равна либо Т, либо Т, в зависимости от, того, в каком положении находится ключ 9.

Таким образом, по окончании интер. вала времени счета Тс в счетчике 11 зафиксировано число N> пропорциональ;иое Тс и средне-квадратическому значению входного напряжения. Это число из счетчика 11 поступает .в арифметическое устройство 21, в которое поступает число, пропорциональное интервалу времени счета Т, сформированное преобразователем интервал времени » код 19. Арифметическое устройство 21 выполняет операцию деления числа Иу на число, сформированное преобразователем интервал време(ни - код 19.

Результат вычислений, пропорциональный средне-квадратическому значению входного напряжения Ug из арифметического устройства 21 поступает на устройство индикации 22.

Таким образом, при работе в области средних и высоких частот в вольтметре сохраняются высокие метрологические характеристики, а при работе в области низких и инфранизких частот погрешность вольтметра не возрастает при уменьшении частоты входного сигнала, что позволяет использовать его для измерения напряжений в широком частотном диапазоне, начиная с инфраниэких частот.

Т вЂ” период входного сигнала;

n — некоторое натуральное число.

Для этого при работе в области низких и инфранизких частот пропускаются на счетчик 11 с выхода устрой.ства вычитания частот 8 импульсы в течение интервала времени счета Т .

Число зафиксированное в счетчике по, окончанию этого интервала, будет равно с учетом 1

t>5Tg так как ) Ь1п у Сд =О.и И становится

Формула из обретения цифровой вольтметр среднеквадратического значения переменного напряжения, содержащий устройство индикации, два терморезонансных преобраеователя, выходы которых соединены с первыми входами автогенераторов, вторые входы которых соединены с общей шиной, при этом входная шина через резистор соединена с первым нагревателем первого терморезонансного преобразователя, устройство управления, первый выход которого

I пропорциональным периоду входного сигнала и среднему значению раэност- 2О ной частоты hf>, которое пропорционально действующему значению входного напряжения. Для получения результата измерения, не зависящего от Т, N> нужно поделить на число, равное интервалу времени счета пТ, Устройство работает следующим об.разом.

Входное напряжение 0 () через резистор R для преобразования напряжения в ток I>(t) подается на первый нагреватель термореэонаисного преобразователя 1 и на вход измерителя периода 13. По команде с устройства управления 12 объединяются счетчики

11, 16 и преобразователь интервал времени - код 18, а измеритель периода 13 начинает измерение периода входного сигнала.

Измеритель периода 13 вырабатывает импульс с длительностью равной 40

Т1, который поступает на счетчик 16, одновибраторы 14 и 15, устройство сравнения 17 и триггер 18. Одновибраторы 14 и 15 вырабатывают импульсы с фиксированными длительностями Тр 45 и Т1 . Передние фронты обоих импульсов совйадают с передним фронтом импульса, сформированного измерителем периода 13. Величина Т > (фиг.2г) выбирается равной максимальному периоду. такого входного сигнала, для которого погрешность от пульсаций выходной частоты устройства вычитания частот

8 не превышает заданного значения.

Триггер 18 устанавливается в единичное состояние импульсом с выхода измерителя периода 13. Таким .образом, .на выходе триггера 18 появляется импульс, передний фронт которого совпадает. с передним фронтом импульса, сформированного измерителем периода 60

13, а длительность равна пТ, где

n — коэффициент пересчета счетчика

16, импульсом переполнения с выхода старшего разряда которого триггер возвращается в исходное положение.

864157 соединен с первым входом первого счетчика, преобразователь код-ток, выход которого соединен с первым нагревателем второго терморезонансного преобразователя, вторые нагреватели терморезонансных преобразователей соединены с выходами преобразователя частота-ток, вход которого соединен с выходом первого устройства вычитания частот, первый вход которого соединен с генератором опорной частоты, а второй вход — с .выходом автогенератора первого терморезонансного преобразователя, выходы обоих автогенераторов соединены со входами второго устройства вычитания частот, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона в сторону инфраниэких частот и повышения точности измерения, в вольтметр дополнительно введены измеритель периода, второй счетчик, два одновибратора, устройство сравнения, триггер, два ключа, преобразователь интервал времени — код и арифметическое устройство, при этом первый вход измерителя периода соецинен со входом вольтметра, а его выход соединен со входом второго счетчнка, первым входом устройства сравнения .входами обоих одновибраторов, а также с

3-входом триггера, R -вход которого соединен с выходом второго счетчика, выход первого одновибратора соединен со вторым входом устройства сравнения, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, первый и второй информационные входы этого ключа соединены с выходами триггера и второго одновибратора соответственно, а выход первого ключа соединен с первым входом преобразователя интервал времени — код, и с управляющим входом второго ключа, включенного между выходом второго устройства вычитания частот и первым входом первого счетчика, выход которого соединен с первым входом арифметического устройства, второй вход арифметичес15 кого устройства соединен с выходом преобразователя интервал времени код, выход .арифметического устройства соединен со входами устройства индикации и преобразователя код-ток, Щ а выход устройства управления соединен со вторыми входами измерителя периода, первого счетчика и преобразователя интервал времени — код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кудряшов Э.A. Теоретические и экспериментальное последование некоторых воэможностей применения пьезоэлектрических кристаллов в измериЗО тельной технике. Диссертация. Л., ЛПИ, 1974, с. 1б1 (прототип).

864157

Составитель A. Кузнецов

Техред М. Голинка Корректор Г. Решетннк

Редактор Т.Парфенова

Физикал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 7775/65 Тиран 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, K-35, Раушская наб., д. 4/5