Цифровой вольтметр переменного напряжения

 

Союз Советсиин

Социвпистичесиин

Реснубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()918869 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3 «>«o 27. 05. 80 (21)2931002/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет(51) М. Кл.

G 01 1 19/g5

6Ъсудерстеенный комитет

СССР но денем изобретений н открытий

Опубликовано 07.04.82. Бюллетень М13 (53) УДК681.325 (088.8) Дата опубликования описания 07. 04 ° 82 (72) Авторы изобретения

В.Н.Чинков, Г.К.Кальянов, С.А.К и И ° 10.Курганцев (7I) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯ)КЕНИЯ чей E2 l

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, а именно к измерению переменных напряжений.

Известно устройство для измерения действующего значения напряжения инфранизких частот, содержащее блок симметрирования, блок нормирования, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, коммутаторы, программное устройство, арифметическое устройство, квадратор, определитель периода, генератор эталонной частоты, счетчик, схему поразрядно-логической связи и логические элементы (1».

Его недостатками являются большое время измерения (не менее двух пери" одов), что особенно важно на инфранизких частотах, наличие динамических погрешностей преобразователей аналог-код, ограниченный верхний частотный предел из-за наличия ненулевого времени преобразования мгновенных значений и сложность реализации .

Известен цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий блок

% образцовых напряжений, блок сравнения, реверсивный счетчик, два сумматора, счетчик периода, генератор образцовой частоты, подключенный к входу первого ключа, и блок управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами клюК недостаткам этого. вольтметра следует отнести большое время изме. рения, которое занимает несколько периодов (по числу уровней квантования), невысокое быстродействие в пределах каждого цикла измерений, ограниченное временем уравновешивания мостов, и сложность аппаратурной реализации.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

91886

Цель достигается тем, что в цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий блок образцовых напряжений, блок сравнения, ключи реверсивный счетчик, два сумматора, счетчик периода, генератор образцовой частоты, подключенный к входу первого ключа, и блок управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами ключей, введены делитель l0 кодов, элемент ИЛИ и три блока переноса, а блок сравнения выполнен в виде параллельно включенных нульорганов по количеству уровней квантования, первые входы которых соединены !5 с входной клеммой, вторые входы — с соответствующими выходами блока образцовых напряжений, а выходы - с входами блока управления, третий выход которого подключен к первому входу 20 элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход с управляющим входом первого блока переноса и входом второго разряда реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены через первый и второй блоки переноса соответственно к первым входам первого и второго сумм торов, ezopble входы последнего через третий блок переноЗО са соединены с выходами первого сумматора, а выходы — с первыми входами делителя кодов, вторые входы которого через счетчик периода подключены к управляющим входам второго и третьего блоков переноса и выходу второго

35 ключа, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выходы делителя кодов соединены с вторыми входами первого сумматора, 40 выход которого подключен к входу первого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с входами реверса реверсивного счетчика и первого сумматора.

На фиг. 1 приведена блок-схема

45 цифрового вольтметра; на фиг. 2 временная диаграмма, поясняющая принцип его действия.

В состав прибора входят блок 1

50 сравнения, блок 2 образцовых напря,жений, блок 3 управления, ключи 4 и 5, генератор 6 образцовой частоты, элемент ИЛИ 7, реверсивный счетчик 8, блок 9 переноса, первый сумматор 10, 5 блок 11 переноса, второй сумматор 12., блок l 3 переноса, счетчик 14 периода и делитель 1 кодов.

9 4

Блок 1 сравнения содержит ряд параллельно включенных нуль-органов, каждый из которых имеет определенный уровень срабатывания. Количество этих уровней, а следовательно, и нуль-органов определяется допустимой погрешностью квантования. Пороговые уровни задаются блоком 2 образцовых напряжений и подаются на один из входов соответствующих нуль-органов блока 1 сравнения. Другие входы нуль-органов блока 1 сравнения объединены между собой и подключены к входу устройства, на который поступает измеряемое напряжение. Выходы всех нуль-органов блока 1 сравнения подключены к входам блока 3 управления. Первый и второй выходы блока 3 управления соединены с управляющими входами ключей 4 и 5 соответственно, информационные входы которых объединены между собой и под- ключены к выходу генератора 6 образцовой частоты. Третий выход блока 3 управления и выход ключа 4 через элемент ИЛИ 7 соединены с входами второго разряда реверсивного счетчика

8 и управляющим входом первого блока

9 переноса, соединяющего порязрядно реверсивный счетчик 8 с сумматором

10, входы реверса которых подключены к четвертому выходу блока 3 управлеия. Реверсивный счетчик 8 посред, твом второго блока l3 переноса, а сумматор 10 посредством третьего блока ll переноса поразрядно соединены с вторым сумматором 12,Управляющие входы блоков 11 и 13 переноса и вход счетчика 14 периода сое.динены с выходом ключа 5. Между сумматором 12 и счетчиком 14 периода включен делитель 15 кодов, который поразрядно подключен к сумматору 10.

Выход сумматора 10 подключен ко второму управляющему входу ключа 4.

Цифровой вольтметр переменного напряжения предназначен для измерения амплитудного действующего, среднего и средневыпрямленного значении переменных напряжений, В приборе интегралы заменяются суммами, причем в качестве независимой переменной выбрано время t, В этом случае

18869 зо са показания сумматора 10, равные единице и соответствующие первому уровню образцового напряжения (=1), переносятся каждый импульсом с выхода ключа 5 в сумматор 12. Так продолжается до момента времени t (фиг.2) равенства измеряемого напряжения первому уровню U< образцового напряжения. Импульс, появляющийся на выходе соответствующего нуль-opr8", 40 на, с выхода блока 3 управления через элемент ИЛИ 7 поступает на второй разряд реверсивного счетчика 8 (его показания становятся равными трем) и на блок 9 переноса для записи показаний счетчика 8 в сумматор 10 на суммирование (показания сумматора 10 становятся равными 2 = 4). Импульсы с выхода ключа 5 по-прежнему записываюты ;ся в счетчик 14 периода и поступают на перенос показаний сумматора 10 в

50 сумматор 12 через блок 11 пере- носа. Затем в момент времени на выходе блока 3 управления формируется следующий импульс, соответствующий равенству измеряемого напряжения второму уровню образцового напряжения (= 2). Этот импульс через эле-. мент ИЛИ 7 вводится в счетчик 8, делая его показания равными пяти, и пере"

5 9

1 где V - мгновенные значения напря1 жений в интервале дискретизации

gt - временной. интервал между двумя ближайшими моментами дискретизации;

n - число уровней квантования.

Мгновенные значения напряжений Ч следует выбирать так, чтобы

1 Ч1+ P<> gVo

V = = igV 2

= 2 — (2i 1), (Х 1,2,3,...m), где V о - шаг изменения образцового напряжения;

m — число всех уровней образцового напряжения, Тогда

A. Vo

2 т п

Чср = . Е (2i-1) д. ;, 2т

1дЧ, и

Ve) =, > 7(2i-")

Г=1

Работа устройства заключается в следующем.

В исходном состоянии реверсивный счетчик 8 и сумматор 10 находится в режиме суммирования и в них записана единица, сумматор 12 и счетчик 14 периода установлены в нулевое состоя ние, ключи 4 и 5 закрыты.

Измеряемое напряжение U(t) поступает на первые входы всех нуль-орга" нов блока 1 сравнения, на другие вхо ды каждого нуль-органа подается опре деленный уровень образцового напряже ния с блока 2, формирующего сетку образцовых напряжений.

Первое из образцовых напряжений имеет уровень gVo, а каждый последующий уровень отличается от предыдущего также на величину .дЧ,,т,е.

i-ый уровень образцового напряжения равен Ч; .= 1ьУ,. Кроме того, в состав блока 1 сравнения входит нульорган, формирующий импульсы в момент перехода измеряемого напряжения через нуль.

В моменты равенста измеряемого напряжения с каждым из уровней образцового напряжения соответствующий нуль-орган блока l сравнения.формирует импульс. Если нормированное значение напряжения U(t) находится между уровнями образцового напряже5 о

15 го

2S ния Ч1 и V+, то, очевидно, за пол периода /I / напряжения U(t) каждый из i нул ь-ор ганов будет сформировано по два импульса, а всего на выходе блока 1 сравнения появится (2i+2) импульсов. Если положительная и отрицательная амплитуды напряжения U(t) одинаковы, нуль- органами будет сформировано (4i+3) импульсов, если же амплитуды неодинаковы, то формируется другое число импульсов (для уменьшения количества нуль-органов в блоке 1 сравнения измеряемое напряжение

U(t) может быть предварительно выпрям" лено). Выходные импульсы всех нульорганов подаются в блок 3 управления, Импульсы, соответствующие переходу измеряемого напряжения через нуль, подаются с выхода блока 3 управления на ключ 5 и открывают его на время одного периода.

В дальнейшем принцип действия прибора зависит от измеряемой величины. Наиболее общим является измерение действующего значения.

Через открытый ключ 5 импульсы с генератора 6 образцовой частоты поступают на блок 11 переноса и счет чик 14 периода. Через блок 11 перено918869 носит эти показания в сумматор ГО, состояние которого становится равным 3 = 9.

В дальнейшем работа схемы повторяется до момента времени С;,л . Таким образом, с появлением каждого импуль.са на выходе блока 3 управления изменяется состояние сумматора 10 так, что s нем будет записано число им2пульсов (2i-1) -. Это число каждым импульсом с выхода ключа 5 записывается в сумматор 12, в результате в промежутке между двумя выходными импульсами блока 3 -управления его показания изменяются на величину (Zi-1)2- ) Ц;, .

13 где p N = Е g t I (fz - частота образцового генератора). В момент времени когда в блок 3 управления подряд поступают два импульса, с одного и того же нуль-органа блока 1 сравнения,(о блоком 3 управления формируется сиг" нал, который поступает на входы реверса счетчика 8 и сумматора 10, переводя их в режим вычитания. Этот же импульс через элемент ИЛИ 7 записыва- 3 ется в счетчик 8 на вычитание и пока-. зания последнего переносятся в сумматор 10 также на вычитание. В остальном работа схемы повторяется. (ак продолжается до момента времени ((..+ - ), 3О Т когда формируется сигнал нулевого уровня напряжения, и этим сигналом счетчик 8 и сумматор 10 вновь переводятся в режим суммирования. В течение второго полупериода измеряемого на- 3S пряжения схема работает так же, как и в первом полупериоде. В момент времени (t + 1) сигналом блока 3 управ

О пения ключ 5 закрывается. К этому моменту времени в сумматоре 12 записнаается код с (Zi-1) ANi, а е счетчике 14 периода - код периода NT ° Эти коды вводятся в делитель l5 кодов,на выходе которого формируется код частного фЯ

1 " ., 1 у «(2 1) @Nt — ò «(2з. 1)д ц ((-„л (=Ч

Этот код вводится в сумматор 1.0 в дополнительном коде и сигналом с первого выхода блока 3 управления отЮ крывается кляч 4, Импульсы с генератора 6 образцовой частоты через ключ

4 подаются на счетчик 8, а показания последнего через блок 9 переноса вводятся в сумматор 10 (счетчик 8 и сум". матор l0 работают в режиме суммирования). B момент переполнения сумматора 10 на выходе последнего формируется импульс, закрывающий ключ 4, Очевидно, в счетчик 8 к этому моменту поступит через ключ 4 число импульсов, равное т I (= т.е. в нем зафиксируется код действующего значения измеряемого напряжения.

На этом процесс измерения действующего значения напряжения заканчивается.

При измерении среднего и средневыпрямленного значений работа прибора отличается следующим.

Показания счетчика 8 переносятся выходными импульсами ключа 5 не в сумматор l0, а в сумматор 12 через блок

13. переноса, причем при измерении среднего значения режим работы сумматора 12 зависит от полярности напряжения, т.е. при положительной полуволне он работает на суммирование, при отрицательной — на вычитание, а при измерении средневыпрямленного значения. работает в режиме суммирования независимо от полярности входного напряжения. Таким образом, к концу периода, в момент времени t©+Т а сумматора 12 записывается либо код д)тз $ (Zi-1) зИ (лаи измерении среднего здйачения), либо код avlx(zi-1щ

1,1 Ю (при измерении средневыпрямленного значения). Тот или другой код затем подается в де 1итель 15 кодов, на другой вход которого, как и при измерении действующего значения, вводится код периода Йг со счетчика 14. В результате на выходе делителя 15 кодов образуется код либо среднего, либо средневыпрямленного значений, который записывается в сумматор 10. На этом процесс измерения этих величин заканчивается.

Очевидно, амплитудное значение напряжения U(t) может быть отсчитано непосредственно с блока 2 образцовых напряжений. Ему cooTветствует тот уровень образцового напряжения, в данном случае V;, при котором на выходе соответствующего i-го нуль-органа бло,ка 1 сравнения появляется подряд два импульса. формула изобретения

Цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий блок образцо9 918 вых напряжений, блок сравнения, ключи, реверсивный счетчик, два сумматора, счетчик периода, генератор образцовой частоты, подключенный к входу

1 ервого ключа, и блок управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами ключей, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены делитель кодов, элемент

ИЛИ и три .блока переноса, а блок сравнения выполнен в виде параллельно включенных нуль-органов по количеству уровней квантования, первые, входы которых соединены с входной клеммой, вторые входы - с соответствующими вьо одами блока образцовых напряжений, а входы - с входами бло ка управления, третий выход которого подключен к .первому входу элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, а выход - с управляющим входом первого блока переноса и входом второго разряда реверсивного счетчика, выходы разрядой которого подключены через первый и

869 10 второй блоки переноса соответственно к первым входам первого и второго сумматоров, вторые входы последнего через третий блок переноса соединены с выходами первого сумматора, а выходы - с первыми. входами делйтеля кодов, вторые входы которого через счетчик периода подключены к управ. ляющим входам второго и третьего

1в блоков переноса и выходу второго ключа, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоть", выходы делителя кодов соединены с вторыми входами первого сумматора, выход которого подключен к входу первого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с входами ре" верса реверсивного счетчика и перcoro сумматора.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Н 201538, кл. G 01 R 19/02, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

2g 263737, кл. G 01 R 19/04, 1970 (прототип).

918869 и®

Vz

vj

Составитель В. Иахнанов

Редактор А. Коэориз Техред И. Гергель Корректор M. Шароши;

Заказ 2131/28 Тираж 719 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