ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПОКАЗЫВАЮЩИЙ ПРИБОР Российский патент 1995 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к электроизмерительным показывающим приборам, содержащим дискретно-аналоговое оптоэлектронное отсчетное устройство.

Известно устройство, содержащее двухстолбцовую газоразрядную индикаторную панель [1]
Недостатком этого устройства является низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому прибору является, выбранный в качестве прототипа, электроизмерительный показывающий прибор, содержащий двухстолбцовую газоразрядную индикаторную панель, распределитель импульсов, два формирователя анодного напряжения, генератор тактовых импульсов, счетчик, генератор пилообразного напряжения, компаратор напряжений, компаратор токов, сумматор, источник опорного напряжения, ключ, элемент И и два элемента ИЛИ.

Недостатком этого прибора является то, что высокая точность отсчета может быть реализована только на одном из участков диапазона измерений, расположенным в начале или конце диапазона измерений.

Техническим результатом, который обеспечивает заявляемое решение, является повышение точности отсчета за счет введения в любую заданную часть диапазона измерений дополнительного участка, на котором может быть реализована высокая точность отсчета.

Технический результат достигается тем, что в электроизмерительный показывающий прибор, содержащий двухстолбцовую газоразрядную индикаторную панель, выводы катодов которой соединены с выходами распределителя импульсов, а выводы анодов с выходами первого и второго формирователей анодного напряжения, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами распределителя импульсов, счетчика и генератора пилообразного напряжения, вход переноса счетчика соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и установочными входами распределителя импульсов и генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора напряжений, выход этого компаратора соединен с первыми входами элемента И и второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора токов и управляющим выводом первого ключа, первый вывод этого ключа соединен с первым входом сумматора, а второй вывод с выводом источника опорного напряжения и первым входом первого компаратора токов, второй вход которого соединен с вторым входом сумматора и входом прибора, выход сумматора соединен с вторым входом компаратора напряжений, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого формирователя анодного напряжения, а выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго формирователя анодного напряжения, введены второй компаратор токов, второй ключ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а сумматор снабжен дополнительным входом, соединенным с первым выводом второго ключа, второй вывод которого соединен с выходом источника опорного напряжения и первым входом второго компаратора токов, второй вход этого компаратора соединен с входом прибора, а выход с управляющим выводом второго ключа, вторым входом элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора токов, а выход с входом управления коэффициентом передачи сумматора.

На фиг. 1 представлена схема электроизмерительного показывающего прибора; на фиг. 2 выходная характеристика сумматора; на фиг. 3-5 примеры отображения информации.

Прибор содержит газоразрядную индикаторную панель 1 с верхним и нижними столбцами 2 и 3. Выводы катодов панели 1 соединены с выходами распределителя 4 импульсов, а выводы анодов с выходами формирователей и5 и 6 анодного напряжения. Выход генератора 7 тактовых импульсов соединен с тактовыми входами распределителя 4, счетчика 8 и генератора 9 пилообразного напряжения. Выход переноса счетчика 8 соединен с первым входом элемента ИЛИ 100 и установочными входами распределителя 4 и генератора 9. Выход генератора 9 соединен с первым входом компаратора 11 напряжений, выход которого соединен с первыми входами элемента И 12 и элемента ИЛИ 13. Выход элемента ИЛИ 13 соединен с входом формирователя 6, а вход формирователя 5 соединен с выходом элемента ИЛИ 10, второй вход которого соединен с выходом элемента И 12. Вход 14 сумматора 15 соединен с первым выводом ключа 16, а вход 17 сумматора 15 соединен с первым выводом ключа 18. Вторые выводы ключей 16 и 18 соединены с выходом источника 19 опорного напряжения и первыми входами компараторов 20 и 21 токов. Вторые входы компараторов 20 и 21 соединены с входом 22 прибора и входом 23 сумматора 15. Выход компаратора 21 соединен с первым входом элемента 24 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторым входом элемента И 12 и управляющим входом ключа 18. Выход компаратора 20 соединен с первыми входами элементов 13 и 24 и управляющим входом ключа 16. Выход элемента 24 соединен с входом 25 управления коэффициентом передачи сумматора 15. Сумматор 15 может быть выполнен, например, на основе операционного усилителя 26, резисторов 27-31 и ключа 32. Компараторы 20 и 21 могут быть выполнены, например, на основе операционных усилителей 33 и 34 и резисторов 35-38.

Выходная характеристика сумматора 15 (фиг. 2) представляет собой зависимость напряжения U_x на выходе 39 сумматора от нормированного значения измеряемого напряжения U_x/U_к на входе 22 прибора, (U_к конечное значение диапазона измерений) и состоит из трех участков 40-42.

Столбцы 2 и 3 панели 1 состоят из 100 (или 200) тесно примыкающих друг к другу катодов, которые могут покрываться разрядным свечением. В начале каждого столбца расположен катод сброса, а остальные катоды объединены и несколько групп.

Панель 1 работает в режиме направленного переноса разряда, который сначала возбуждается между анодом и катодом сброса, а затем переносится вдоль столбца путем управления потенциалами групп катодов, осуществляемого распределителем 4.

Поскольку катоды являются общими для обоих столбцов, то управление длиной светящейся части каждого столбца осуществляется формирователями 5 и 6, которые в моменты времени, соответствующие перемещению разряда на необходимое расстояние, выключают анодное напряжение столбцов. Процесс возбуждения и направленного перемещения разряда повторяется с высокой частотой и поэтому воспринимается как непрерывно светящийся столбец.

Прибор работает следующим образом.

Генератор 7 формирует импульсы, которые поступают на тактовый вход генератора 9, при этом каждый тактовый импульс увеличивает выходное напряжение этого генератора на одну ступень. Одновременно эти импульсы поступают на тактовый вход распределителя 4, который преобразует их в импульсы, управляющие группами катодов панели 1. Кроме этого, импульсы с выхода переноса счетчика 8 поступают на установочные входы распределителя 4 и генератора 9. При этом распределитель 4 формирует импульсы сброса, а генератор 9 приводится в исходное состояние. Такими образом, осуществляется управление катодами панели 1 и генератором 9.

Диапазон измерений прибора [0; U_к] разделен на три участка [0; U₁] [U₁; U₂] и [U₂; U_к] На фиг. 2 показан пример такого разделения на участки 40, 41 и 42, когда U₁ 0,1 U_к и U₂ 0,9 U_к. Если значение измеряемого напряжения U_x∈ [0; U₁] то это значение индицируется на верхнем столбце 2 панели 1, при этом отсутствует какая-либо индикация на нижнем столбе 3 (см. фиг. 3). Если U_x ∈ [U₁; U₂] то значение U_xиндицируется на столбцах 2 и 3 одновременно (см. фиг. 4). Если же U_x∈ [U₂; U_к], то значение U_x индицируется на нижнем столбце 34, при этом осуществляется индикация верхнего столбца 2 по всей его длине (см. фиг. 5). Благодаря такой индикации легко определить, в каком из трех участков находится значение U_ч и произвести отсчет показаний. Ниже показано, каким образом в приборе реализованы разделение диапазона измерений и соответствующая индикация значений их на панели 1.

Границы участков формируют компараторы 20 и 21. Для того, чтобы эти границы соответствовали значениям U₁ и U₂, необходимо выполнить:
и =
В этом случае пороговым напряжением для компаратора 20 является U_x= U₁. а для компаратора 21 U_x U₂, причем на выходе компаратора 20 устанавливается "0" приU_x| ≥U₁| а на выходе компаратора 21 устанавливается "0" приU_x ≥U₂ Режимы ключей 16, 18 и 32 выбраны таким образом, что ключи 16 и 18 замкнуты при "0" на управляющем входе, а ключ 32 замкнут при "1" на управляющем входе. Далее рассмотрена работа прибора на каждом из трех участков.

1. U_x∈[0; U₁] В этом случае разомкнуты ключи 16, 18, 32, поскольку на выходах компараторов 20 и и21 имеется "1", а элемента 24 "0". Поэтому напряжение на выходе 39 сумматора 15 с учетом знака измеряемого напряжения U_x определяется как:
U_x= u_x
(1)
Компаратор 11 сравнивает значение (1) с выходным напряжением генератора 9 и срабатывает в момент их равенства, при этом на выходе компаратора 11 устанавливается "1". Эта "1" проходит через первый вход элемента И 12 (поскольку на его второй вход поступает "1" с выхода компаратора 21) и через элемент ИЛИ 10 и формирователь 5 гасит анод столбца 2 панели 1. Кроме этого, "1" с выхода компаратора 20 проходит через второй вход элемента ИЛИ 13 на вход формирователя 6, осуществляя тем самым постоянное гашение столбца 3 панели 1.

2. U_x ∈ [U₁; U₂] В этом случае разомкнут ключ 18 и замкнуты ключи 16 и 32, поскольку на выходах компаратора 20 имеется "0", а компаратора 21 и элемента 24 "1". Поэтому напряжение на выходе 39 определяется как:
U_x= u_x -U_o (2)
Если значение R₂₈ выбрать таким образом, чтобы

то (2) можно записать в виде:
U_x=(u_x-U₁) (3)
Компаратор 11 сравнивает значение (3) с выходным напряжением генератора 9 и срабатывает в момент их равенства. При этом "1" с выхода компаратора 11 проходит через первый вход элемента И 12 (поскольку на его второй вход поступает "1" с выхода компаратора 21) и через элемент ИЛИ 10 и формирователь 5 гасит анод столбца 2 панели 1. Одновременно происходит гашение анода столбца 3, так как "1" с выхода компаратора 11 проходит через первый вход элемента ИЛИ 13 (поскольку на его второй вход поступает "0" с выхода компаратора 20) на формирователь 6.

3. U_x ∈ [U₂; U_к] В этом случае разомкнут ключ 32 и замкнуты ключи 16 и 18, поскольку на выходах компараторов 20 и 21 и элемента 24 имеется "0". Поэтому напряжение на выходе 39 определяется как:
U_x= u_x -U
(4)
Если значение R₂₉ выбрать таким образом, чтобы
то (4) можно записать в виде:
U_x= (U_x-U₂)
(5)
Компаратор 11 сравнивает значение (5) с выходным напряжением генератора 9 и срабатывает в момент их равенства. При этом "1" с выхода компаратора 11 проходит через элемент ИЛИ 13 на вход формирователя 6, осуществляя гашение анода столбца 3.

В то же время "1" с выхода компаратора 11 не проходит через первый вход элемента И 12 (поскольку на его второй вход поступает "0" с выхода компаратора 21), при этом гашение анода столбца 2 осуществляется через элемент ИЛИ 10 сигналом с выхода переноса счетчика 8, т.е. после засветки всей длины столбца 2.

Ниже определены условия, выполнение которых обеспечивает U_x const на границах участков 40-42 (см. фиг. 2), что позволяет наиболее оптимально использовать возможности панели 1.

При подстановке в (1)= (3) и (5) соответственно U_x U₁, U_x U₂ и U_x U_к имеет место:
U_x1= U₁ U_x2= (U₂-U₁) U_x3= (U_к-U₂)
Равенство U_x1 U_x2 U_x3 возможно при выполнении условий:
U₁= U_к-U₂;
Таким образом, в рассмотренном примере реализации прибора высокая точность обеспечивается на двух участках, расположенных в начале и конце диапазона измерений. При необходимости, один из этих участков можно расположить в любой заданной части диапазона измерений путем изменения режимов работы узлов прибора.

Предложенный прибор может найти широкое применение в тех случаях, когда характер технологического процесса требует высокой точности на двух участках диапазона измерения контролируемого параметра. Например, контроль выходных напряжений и токов логических устройств, контроль параметров гидравлической системы двухударного штампа, контроль участков разгона двигателя и его номинального режима и т.д.

Электроизмерительный показывающий прибор относится к электроизмерительной технике, в частности к электроизмерительным показывающим приборам, содержащим дискретно-аналоговое оптоэлектронное устройство, и обеспечивает повышение точности отсчета за счет введения в любую заданную часть диапазона измерений дополнительного участка, на котором может быть реализована высокая точность отсчета. Прибор содержит газоразрядную индикаторную панель с верхним и нижним столбцами, распределитель импульсов, два формирователя анодного напряжения, генератор тактовых импульсов, счетчик импульсов, генератор пилообразного напряжения, два элемента ИЛИ, компаратор напряжений, элемент И, сумматор, два ключа, источник опорного напряжения, два компаратора токов, вход прибора, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 5 ил.

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПОКАЗЫВАЮЩИЙ ПРИБОР, содержащий двухстолбцовую газоразрядную индикаторную панель, выводы катодов которой соединены с выходами распределителя импульсов, а выводы анодов с выходами первого и второго формирователей анодного напряжения, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами распределителя импульсов, счетчика импульсов и генератора пилообразного напряжения, выход переноса счетчика импульсов соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и установочными входами распределителя импульсов и генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом компаратора напряжений, выход этого компаратора соединен с первыми входами элемента И и второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора токов и управляющим входом первого ключа, первый вывод которого соединен с первым входом сумматора, а второй вывод с выходом источника опорного напряжения и первым входом первого компаратора токов, второй вход которого соединен с вторыми входом сумматора и входом прибора, выход сумматора соединен с вторым входом компаратора напряжений, выход элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого формирователя анодного напряжения, а выход второго элемента ИЛИ соединен с входом второго формирователя анодного напряжения, отличающийся тем, что в него введены второй компаратор тока, второй ключ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а сумматор снабжен дополнительным входом, соединенным с первым выводом второго ключа, второй вывод которого соединен с выходом источника опорного напряжения и первым входом второго компаратора тока, второй вход этого компаратора соединен с входом прибора, а выход с управляющим входом второго ключа, вторым входом элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого компаратора токов, а выход с входом управления коэффициентом передачи сумматора.