Цифровой измеритель отношения двух напряжений

 

а. -.

В.М. Алексеев,. В, В. Богданов, С,И. Лачинов.,и Б ;3. Султанов ( (72) Авторы изобретения (71) Заявитель, Пензенский политехнический институт (54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОТНОШЕНИЯ

ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для цифрового.измерения отношения напряжений в логарифмических единицах (например, при снятии амплитудно-частотных характеристик каналов связи и др,), Известно устройство для измерения отношения амплитуд для переменных напряжений, содержащее последовательно соединенные коммутатор,уси-. литель, амплитудный. детектор и ло» гарифмический преобразователь, к выходу которого параллельно подключены два канала из последовательно соединенных элемента И и детектора, выходы обоих детекторов подключены к измерительному прибору, а также блок управления, соответствующие .выходы которого подключены к коммутатору, логарифмическому преобразователю и другим входам элемента И t.l3.

Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная нестабильностью RC-цепи, а также нелинейносТью вольтамперной характеристики детекторов.

Наиболее близким по технической сущности является цифровой измеритель отношения величины в децибелах, содержащий последовательно соединенные усилитель, пороговый элемент, формирователь запускающих импульсов, первый триггер, выход которого подключен к управляющему входу интегратора, состоящего из RC-цепи, вход которого соединен с входной шиной, выход соединен с первым входом эле g мента сравнения, второй вход которого подключен к выходу усилителя, выход соединен с другим входом первого триггера и с первым входом второго триггера, второй вход которого соединен через формирователь запускающих импульсов с выходом генератора и с входом ключа, выход которого. соединен со счетчиком, управляющий вход ключа соединен с выходом второго триггера (2 1.

Недостатком устройства является . низкая точность измерения отнощения, обусловленная нестабильностью RC-цепи °

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель отношения двух напряжений, содержащий две входные шины, интегратор, выход

991317 которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с вы- 5 ходом генератора опорной частоты, первый счетчик, источник опорных напряжений и два переключателя, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, два переключателя, три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ, последовательно соединенные элемент перезаписи, регистр и блок совпадения кодов, а также второй счетчик, причем первая входная шина через последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, второй переключатель подключен к входу интегратора, параллельно, которому подключен второй ключ, вторая входная шина через третий переключатель подключена к первому переключателю и к выходу источника опорных напряжений, другие выходы которого подключены .к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, два других входа которых подключены к общей шине, один из входов четвер- ЗО того переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход егос вторым входом элемента сравнения, при этом выход первого ключа соеди- 35 нен через элемент ИЛИ с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединены с входами блока анализа, другой вход элемента ИЛИ через третий ключ соединен с выхо- 4g дом блока совпадения кодов, вторым . входом блока управления и первым входом второго счетчика, второй вход которого через четвертый ключ подключен к выходу генеРатоРа опорной 45 частоты, управляющие входы ключей и переключателей подключены к соответствующим выходам блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока анализа.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого цифрового измерителя.

Цифровой измеритель отношения двух напряжений содержит блок 1 управления, первый переключатель 2, преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок 4, второй переключатель 5, интегратор 6, элемент 7 сравнения, второй ключ 8, третий перек- 60 лючатель 9, источник 10 опорных напряжений, четвертый переключатель ll„ генератор 12 опорной частоты, первый ключ 13, элемент ИЛИ 14, первый счетчик 15, блок 16 анализа, третий 5 ключ 17, элемент 18 перезаписи, регистр 19„ блок 20 совпадения кодов, второй счетчик 21, четвертый ключ 22.

Устройство работает следующим образом.

Начало первого такта определяется блоком 1. Переключатели 5 и 11 устанавливаются в положение 2, переключатель 2 — в положение 1

I переключатель 9 — в положение 2, ключи 8, 17 и 22 разомкнуты, ключ

13 замкнут. Измеряемое входное напРЯжение Uбх„поДаетсЯ на пРеобРазова« тель 3 переменного напряжения в постоянное, Длительность первого такта . задается блоком 1, счетчиком 15 и блоком 16 анализа и определяется временем, необходимым для окончания переходных процессов. Одновременно с работой преобразователя 3 происходит измерения длительности такта Т на счетчике 15 частотой fð от генератора 12 опорной частоты„ Блок 16 анализа (в зависимости от числа, которое определяет длительность первого такта), анализирует состояние счетчика и при появлении на счетчике этого числа выдает сигнал в блок 1, свидетельствующий об окончании первого такта, По окончании первого такта сигналом с блока 1 напряжение

1 вх где k — коэффициент передач преобразователя, записывается в запоминающий блок 4, появляется импульс на выходе блока 1, ключ 13 закрывается.

На разрядах счетчика 15 накапливается число Nq = f Тх °

По окончании первого такта осуществляется перепись числа N< в регистр 19 с помощью элемента 18 и сброс счетчика 15 по командам, поступающим соответственно с выходов блока 1 управления, В начале второго такта положение переключателей и ключей следующее: переключатели

5, 11 находятся в положении 3, переключатели 2 и 9 — в положении 2, ключи 8 и 17 разомкнуты, ключи 13 и 22.открыты.

Длительность второго такта задается равной длительности первого такта. Это обеспечивается следующим, Счетчик 21 считает с частотой f от генератора 12 длительность второго такта до тех пор, пока число, накопленное в счетчике 21, не будет равно числу N<, записанному в Регистре 19. В этот момент срабатывает блок 20 совпадения кодов, что и служит сигналом конца второго такта на блок 1. Этим сигналом производится сброс счетчика 21 в нулевое состояние, Во втором такте на выходе пре991317 обраэователя 3 поддерживается напряжение:

" "ЕХ2 где Пеее — напряжение на второй вход2 ной шине, подаваемое чЕрез переключатель 9, через второй контакт пе.реключателя 2 на вход преобразователя 3.

Кроме того, во втором такте через переключатель 5 на емкость интегратора 6 подается напряжение U02 с выхода источника 10, а через переключатель 11 напряжение U0 с выхода источника 10 " на один из входов элемента 7 сравнения. Момент равенства напряжения U0„ è экспоненциально падающего напряжения на ин теграторе 6, подающихся на входы блока 7 сравнения, фиксируется на блоке 1 сигналам, поступающим с выхода элемента 7, При этом справедливо равенство о "

U0g U02 е где е. — постоянная времени интегратора б; время от начала второго

01 такта до момента срабатывания элемента 7 сравнения, т.е.

=тЕп —.

02

01= о

Данное время Ео ИЗМЕряетСя На счетчике 15 частотой f0 от генератора 12 в. том же втором такте, Длительность такта выбирается заведомо большей времени to . На . разрядах счетчика 15 фиксируется число: о« и =t Е =Е -.2n— о о1= î î 0«

Фиксация происходит следующим образом.

При срабатывании элемента 7 с выхода блока 1 выдается управляющий сигнал, закрывающий ключ 13, и счетчик 15 останавливается. По окончании второго такта емкость интегратора б разряжается до нулевого напряжения замыканием ключа 8, производится обнуление регистра 19 и перепись в него с помощью элемента 18 числа N «„, счетчик 15 сбрасывается по командам с соответствующих выходов блока 1 управления.

Положение переключателей и ключей в начале третьего такта следующее: переключатели 5 и 11 — в положении 1, переключатель 2 и 9 в положении 2, ключи 17 и 22 открыты, ключи 8.и 13 разомкнуты.

K емкости интегратора 6 и первому входу элемента 7 сравнения приложены соответственно напряжения U u U

Моменту совпадения напряжений йо двум входам элемента 7 сравнения соответствует следующее время от начала третьего такта:

V ех„е.е

"Вх2

Время to измеряется на счетчике

15 счетно-ймпульсным методом часто о той f,,следующей с блока 20 совпаденйя кодов через ключ 17 и элемент ИЛИ 14, Импульсы частотой f0 „ появляются на выходе блока 20 совпадения кодов каждый раз при совпаде15 нии числа N0, записанного в разрядах регистра 19 и числа на разрядах счетчика 21, непрерывно считывающего импульсы частоты f0, ПОСтуПавщиЕ на его счетный вход от генератора 12 через ключ 13.

Поэтому справедливо:

Гоек= Йо„/

f „,= s)т„е= е „(ее„= феп — „

002

О„

Частота f подается на счетчик

15 в течение времени 02, а реэуль

З0 тате чего на нем зафиксируется чис"

"Sx, 1 " "Sx„"8Х, М =1 f =Сгп

02 02 сек эх Оп 0 рп 0о2/"о1

35 Оьх„

01

= „Еп —"

"ЕХ2 (l где к„ - коэффициент пропорциональности, величину которого можно задавать, выбирая различные соотноше40 ния Uр„и U 2. По окончании третьего такта число N< записывается в регистр 19 и затем выводится на индикацию, На этом цикл измерения заканчи45, вается. При необходимости измерения уровня напряжения на первой входной шине в,начале цикла переключатель 9 переводится в положение 1 сигналом с выхода блока 1.

В этом случае к второму контакту переключателя 2 через выход переключателя 9 подключается опорное напряжение U0 с выхода источника 10.

55 Измерение совершается аналогично описанному выше с той разницей, что во втором такте на выходе преобразователя 3 фиксируется напряжение

60 0Время t в третьем такте определяется из следующего соотношения

ЬХ а2=21п ее

65 о

991317 а число N в этом случае равно

USX

М = Š— 1=Х р . (г) о Ио

При соответствующем выборе %„и на индикацию в этом случае выводится уровень| напряжения на первой входной шине °

Как видно из выражения (2), коэффициент пропорциональности % не зависит от постоянной времени RC-цепи и коэффициента передачи преобразователя переменного напряжения в

1 постоянное и является величиной, зависящей лишь от соотношения U и

U „, которое может быть задано йростыми средствами с достаточно высокой степенью точности. Одновременно расширяются функциональные возможности цифрового измерителя, в котором наряду с измерением отношения 20 двух постоянных напряжений возможно измерение отношения двух переменных напряжений, а также измерение уровней как постоянных, так и переменных напряжений, 25

Формула изобретения

ЦиФровой измеритель отношения gp двух напряжений, содержащий две входные шины, интегратор, выход кото-, рого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, первый счетчик, источник опорных напряжений и два переключателя„ о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных воэможностей, введены преобразователь переменного напояжения в постоянное, 45 аналоговый запоминающий блок, два переключателя, три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ, последовательно соединенные элемент перезаписи, регистр.и блок совпадения кодов, а также второй счетчик, причем первая входная шина через последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь Переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, второй переключатель подключен к входу интегратора, параллельно которому подключен второй ключ, вторая входная шина через третий переключатель подключена к первому переключателю и к выходу источника опорных напряжений, другие выходы которого подключены к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, два других входа которых подключены к общей шине, один иэ входов четвертого переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное,. выход его — с вторым входом элемента сравнения, при этом выход первого ключа через элемент ИЛИ соединен с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединены с входами блока анализа, другой вход элемента ИЛИ через третий ключ соединен с выходом блока совпадения кодов, вторым входом блока управления и первым входом второго счетчика, второй вход которого через четвертый ключ соединен с выходом генератора опорной частоты, управляющие входы ключей и переключателей подключены к соответствующим выходам блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока анализа, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 705356, кл. G 01 R 19/10,18.10 77.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 488151, кл. G 01 R 19/10,02,01.74.,