Устройство для измерения напряжения

 

л

I (72) Авторы изобретения

Ю. Ф. Чубаров и 8. С. Иелентьев (7! ) Заявитель

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕНИЯ

1.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения в цифровой код, цифровых измерительных приборах для измерения постоянного и переменного напряжения без коммутации измерительной цепи.

Известен многопредельный цифровой вольтметр с автоматической коррекцией нуля, содержащий переключатель предела измерений, нуль-орган, масштабный преобразователь, счетчик импульсовв, преоб ра зова тель кода в напряжение, управляющее устройство, элементы И, вспомогательный счетчик, вспомогательный:. преобразователь кода в напряжение (1)

Это устройство не обеспечивает полной коррекции нуля, которая принци-;и пиально неустранима в процессе калиб" ровки устройства, обладает малым быстродействием из-за большого числа операций в процессе измерения, при

2 этом в процессе калибровки вольтметра производится коммутация входных цепей.

Известно также устройство для измерения напряжения, содержащее последовательно соединенные первый элемент И, первый счетчик, ПКН и масштабный преобразователь, к второму входу которого подклочен первый выход блока управления, второй и третий выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элемента И, выход последнего . соединен с входом второго счетчика, управляемый делитель, резистор сравнения и генераторный пороговый блок, вход которого через управляемый делитель подключен к выходу масштабного преобразователя, входной клемме устройства и первому выводу резистора . сравнения, второй вывод которого подключен к общей шине, при этом первым выход генераторного порогового блока подключен к вторым входам первого H

3 94598 второго элементов И, а второй выходк входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя f2 3.

Недостатками такого устройства являются наличие погрешности за счет масштабного преобразователя, малое быстродействие, так как в обоих тактах уравновешивания приходится уравновешивать измеряемое напряжение и некоторую величину порогового напряжения, а также сложность всего устройства.

Цель изобретения - увеличение. точности, быстродействия и упрощение структуры устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения напряжения, содержащее резистор сра внения, .соединенный. первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя напряжения, а вторым выводом - с о6.щей шиной, два элемента И, первые входы которых подключены к первому выходу генераторного порогового блока, соединенного вторым выходом с первым входом блока управления, а входомс выходом управляемого делителя напряжения, введены реверсивный счетчик, генератор линейно-изменяющегося назо пряжения, два триггера и элемент ИЛИ, при этом выход первого элемента И подключен к первому входу реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом первого триггера и входом

35 генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому выводу резистора сравнения, причем второй вход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом д» управляемого делителя напряжения и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, 45 шиной "Сброс", первым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу генераторного, порогового блока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, второй вход которого соединен с шиной "Пуск".

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства; на

5 4 фиг. 2 и 3 - временные диаграммы режимов измерения постоянного и переменного напряжений.

Устройство для измерения напряжения содержит резистор 1 сравнения и управляемый делитель 2 напряжения, входящие в общую регулируемую электрическую цепь обратной связи генераторного блока 3 (например, генератор гармонических колебаний) с заданным порогом срабатывания 0п, обеспечивающим его самовозбуждение, элемент И 4, реверсивный счетчик 5, управляемый генератор 6 линейно-изменяющегося напряжения (например, на базе интегратора ), триггеры 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, блок управления 11, при этом один вывод резистора 1 соединен с общей шиной, а другой - с входной шиной, выходом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и через управляемый делитель напряжения — с генераторным пороговым блоком 3, к первому выходу которого через элемент И 4 подключен первый вход реверсивного счетчика, причем управляющий вход элемента И 4 объединен с управляющим входом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и подключен к выходу триггера 8, второй вход реверсивного счетчика объединен с управляющим входом управляемого делителя 2 напряжения и соединен с первым выходом блока 11 управления, первый вход триггера 8 через элемент ИЛИ подключен к второму выходу генераторного порогового блока 3 и шине "Сброс", объединенной с первыми входами триг" гера 7, блока !1 управления и третьим. входом реверсивного счетчика 5, второй вход триггера 7 подключен к шине "Пуск", а блока управления 11 к второму выходу генераторного порогового блока, триггера 8 - через элемент И 9 к выходу триггера 7 и первому выходу генераторного порогового блока 3, четвертый вход реверсивного счетчика 5 соединен с вторым выходом блока управления 11.

Преобразователь работает следующим образом.

Перед началом измерения генераторный пороговый блок 3 устанавливается в режим самовозбуждения изменением тока в его цепи обратной связи, и по команде ".Сброс" сбрасываются в исходное состояние триггеры 7 и 8, блок 11 управления и реверсивный счетчик, который при этом устанавливается бло5 9459 ком 11 управления в режим прямого счета, а управляемый делитель напряжения вклочается на коэффициент деления 1/2.

По команде "Пуск" триггер 7 запускается и открывает элемент И 9 для импульсов с выхода генераторного порогового блока (фиг. 2В) на вход триггера 8. Первым импульсом триггер 8 запускается,.открывает элемент И 4 для счетных импульсов, проходящих с iO выхода генераторного порогового бло-. ка 3.на вход реверсивного счетчика 5 и запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения 6. При этом на

его выходе начинается рост линейно- iS изменяющегося напряжения UE, = KEpt (фиг. 2d). Рост Ul происходит до тех пор, пока напряжение Бк не станет равным сумме измеряемого напряжения

U è порогового напряжения U„ . В 2О момент уравновешивания t ïðoèñõîäèò срыв колебаний на информационном выходе 12 генераторного порогового блока 3 и одновременно импульс команды с выхода 13, соответствующий момент 2з срыва колебаний генераторного по1 рогового блока 3 (фиг. 2е), поступает Йа триггер 8. и сбрасывает его в нулевое состояние. Вследствие этого элемент И 4 отключает выход 12 от входа счетчика, прекращает изменение напряжения на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения 6, где устанавливается постоянное компенсационное напряжение, равное

u„

-"к„="х Y где U„„= KE т„; т = и в реверсивйом счетчике 5 фиксируется код, пропорциональный Ук„. В тот щ же момент 1„импульс с выхода 13 запускает блок 11 управления, который включает счетчик 5 на счет в обратном направлении и устанавливает коэффициент деления равным 1/E Напряжение на резисторе 1 сравнения увеличивается на величину U и становится равным UEE. Вследствие этого равенство

Ug, U + UEEg нарушается, генераторный пороговый блок 3 вновь самовозбуждается и на его информационном выходе 12 появляются импульсы. Первый из се рии импуль сов ч ерез элемент

И 9 снова запустит триггер 8, который откроет элемент И 4 и генератор линей.

S5 но-изменяющегося напряжения 6 ° На вход реверсивного счетчика 5 начнут поступать импульсы с выхода 12, а на выходе генератора линейно-изменяюще85 6 гося напряжения 6 вновь начнется линейное изменение напряжения U â момент времени t

В момент окончания уравновешивания справедливо соотношение 1к = Ux + 1п

rye к = 1к„+ 1кп кп = Uz<

Un

Uic.q = КЕОТ1 2 У и в реверсивном счетчике 5 запишется код, пропорциональный разности напряжений

u„- u„„= кк,т„- ке,т =

= KEo(T — Т ) = Ux

Измерение переменного напряжения начинается с подачи на блок 11 управ ления команды по шине 14, изменяющей режим функционирования и включающей его элемент задержки (например ждущий мультивибратор с ключом).

Затем по команде "Пуск" начинается прямое уравновешивание переменного напряжения в течение одного или нескольких попупериодов измеряемого напряжения по описанному ранее алгоритму и счет импульсов (фиг. 3) реверсивным счетчиком 5 в flpRMoM направлении. При этом за время каждого полупериода во время срабатывания генераторного порогового блока 3 коU

1 гда U>>, на выходе 13 генерирует(1 1 ся отрицательный импульс, а во время срыва колебаний - положительный (фиг.. 3с). Положительный импульс запускает элемент задержки блока 11 управления, а отрицательный сбрасывает и исключает его срабатывание.

Когда произойдет полная компенсация амплитуды напряжения О,т„ (фиг. 3d) во время действия следующего импульса У, срабатывания генераторного порогового блока 3 не произойдет и по- . этому элемент задержки сработает через время tS, 5/4 Т, где Т - период измеряемого напряжения.

При этом блок 11 управления включает реверс счетчика 5 и одновременно устанавливает коэффициент деления делителя напряжения 2 равным 1/1. За время следующего полупериода измеряемого напряжения происходит уравно-. вешивание напряжения U с одновре".

EEÆ менным обратным счетом ймпульсов реверсивным счетчиком 5. Согласно описанному ранее аглоритму в реверсивном счетчике 5 записывается код, пропорциональный амплитуде Uù„, а влияние порогового напряжения на результат измерения исключается.

Формула изобретения

9459

Предлагаемое устройство для измерения постоянного и переменного напряжения без коммутации измерительной цепи имеет большую точность измерения, так как в нем отсутствует операция масштабирования напряжения компенсации. Кроме того, предлагаемый алгоритм измерения напряжения предполагает более простую схемотехническую реализацию всего устройства в 1о целом и его отдельных функциональных узлов. Быстродействие устройства возрастает почти в два раза, поскольку уравновешивание измеряемого напряжения производится лишь на первом такте, а на втором такте уравновешивается лишь половина порогового напряжения.

Устройство для измерения напряжения, содержащее резистор сравнения,, соединенный первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя д напряжения, а вторым выводом - с общей щиной, два элемен а И, первые входы которых подключены к первому выходу генераторного порогового блока,,соединенного вторым выходом с зо первым входом блока управления, а входом - с выходом управляемого делителя напряжения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения точности, быстродействия и упрощения

35 в него введены реверсивный счетчик, генератор линейно-изменяющегося напряжения, два триггера и элемент ИЛИ, при этом выход первого элемента И подключен к первому входу реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом первого триггера и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому выводу резистора сравнения, причем второй вход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, шиной "Сброс", первым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу генератора порогового блока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, второй вход которого соединен с шиной "Пуск".

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

N 534863, кл. Н 03 К 13/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

М 766007, кл. Н 03 К 13/20, 29.11.78 (прототип).

Фи@

Соста витель В. Войтов

Редактор А. Козориэ Техреду С. Мигунова Корректор В.Ьутяга

Заказ 5349/74 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раувская наб. д. 4/5 д у д. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Ч