Аналого-дискретный электроизмерительный прибор Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 

Изобретение- относится к электроизмерительной технике, а именно к показывающим электроизмерительным приборам без механически перемещающихся частей, использующим дискретно-пороговый метод преобразования амплитуды измеряемого сигнала, и может быть использовано в приборных щитах различных объектов, работающих в условиях больших вибрационных и ударных нагрузок.

Известен показываюищй аналогодискретный электроизмерительный прибор, содержащий источник опорного напряжения, резистивный делитель напряжения, вывод соединения каждого из резисторов которого подключен к входу соответствующего транзисторного усилителя, с выходами которых связаны электрические элементы индикации }. ..

Недостатком данного прибора является низкое входное сопротивление, что снижает точность измерений,рсобенно в высркоомных электрических цепях. Этот недостаток обусловлен шунтирующимдействием, оказываемым параллельно включенным входными цепями транзисторных усилителей и резистивного делителя напряжения.

Известен также показывающий аналого-дискретный электроизмерительный прибор, содержащий источник опорного напряжения, подключенный к резистивному делителю напряжения,выводу соединения каждого из резисторов которого подключены к нбинвертирующим входам соответствующих усилителей постоянного тока, инвертирующими входами связанных с источником контролируемого напряжения t 2j .

Однако при использовании N идентичных усилителей постоянного тока указанный прибор имеет в N раз меньшее результирующее входное сопротив.ленйе, что снижает точность измерения в высокоомных цепях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналого-дискретный электроизмерительный прибор, содержащий N каскадов усилителей постоянного тока, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвертирующий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединён к источнику измеру емого напряжения, а инвертирующие входы каскадов связаны с источником опорного напряжения, причем, каждый каскад включает два усилителя постоя1 ного тока, неинвертирующие входы которых соединены с неинвертирующим входом каскада, инвертирующий вход первого усилителя присоединен к инвертирующему входу каскада, его

выход соединен с инвертирующим входом второго усилителя, выход которого связан с выходом каскада f3j. В известном приборе используется представление измеряемого н§пряже5 ния виде N-разрядного позиционного двоичного кода

0,1 .

лQ где а.- значение разрядного коэф фициента i-ro разряда. В первом усилителе каждого каскада осуществляется сравнение выходного напряжения предыдущего каскада .

с опорным напрнжением Е, а во втоyoMf имеющем стабилизированный коэффициент усиления, равный 2, производится умножение результата сравнения на 2. исходное напряжение Uy i-ro каскада определяется в зависимости от результата сравнения U, и Е0 соотношением

и.2(и, +а- Е) .

1 1-110

При этом значении разрядного коэф5 фициента a,ji-ro разряда коДа О формируется по закону

1 при и- -Е о

0

4

О при и, -EQ i о

Таким образом, после определения всех разрядных коЪффициентов а. однозначно определяется величина измеряемого напряжения и„ в виде соответствующего двоичного кода числа О.

Существенным недостатком известного прибора является необходимость , использования большого объема оборудования, так как при N-разрядном выходном коде требуется N2 усилителей постоянного тока со стабильным коэффициентом усиления, равным 2. КроМе того, вследствие зависимости точности от стабильности коэффициента усиления усилителей и необходимости в многократ-i ном удвоении и вычитании напряжений, что сопровождается последовательным накоплением ошибок в каскадах, разрядность известного прибора ограничена 6-8 двоичными разрядами.

.Цель изобретения - упрощение прибора. S

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-дискретном электроизИерительном приборе, содержащем N каскадов усилителей постоянного тока-, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвертируюч щий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, и источник опорного Напряжения, связанный с входом первого каскада, неинвертирукиций вход каждого предыдушего кас када дополнительно соединен с инвертирукхпим входом последуиидего кас када, а источник опорного напряжени п исоединен к дополнительному неинвертирукяцему входу первого каскад На фиг. 1 изобргикена электрическая схема предлагаемого прибора; на фиг. 2 - график изменения напряжения на элементах индикации в зависимости от измеряемого напряжения и и индекса 1элемента индикации. Прибор содержит N каскадов операционных усилителей 1 , 1 г ... г 1 (4 : постоянного .тока (фиг. 1), выход ;каждого из которых подключен к соот ветствующему жидкокристаллическому элементу 2 , 2,, ..., 2 индикации и к неинвертирующему входу 3 следующего каскада. Неинвертирушщий вход кгикдого предьвдушего каскада связан с инвертирующим входом 4 последующего каскада. Два неинвертируюших входа 3 усилителя Ц раздельно связаны с источником 5 и б опорного Е и измеряемого их напряжений соответственно. Инвертируквдий вход 4 усилителя L) соединен с общей шиной прибора, имеющей нулевой потенцигш. Кроме того, источник 6 измеряемого напряжения и связан с элементом 2, индикации, сигнализирующим о перегрузке прибора по входу. Усилитель 1 по двум неивертирующим входам 3 имеет коэффициент уси ления К si Для усилителей l,j ,1 ..., 1 по неинвертирук«аим входам 3 и инвертирующим входам 4 устанавливают коэффициенты усиления К 2 и К 1 соответственно. Посредством изменения опорного напряжения Е,., источника 5 производи ся (исходя из заданных требований по точности измерения) предваритель ный выбор необходимой величины шага дискретизации по уровню изм ряемого напряжения U. Оптимальная величина шага h и определяемого им, напряжения Ер источника i определя:ется соотношением где ,- величина порогового напряжения жидкокристаллических элементов , 2 ,.. 2Я индикации, по достижении которого начинает наблюдаться электроопти ческий эффект. При этом обеспечивается диапазон измерения прибора по напряжению от О по V-yg. При иных значениях Е возможно неполное использование шкалы прибора либо суже ние его диапазона измерения. Прибор работает следующим образе. При подаче на вход 3 усилителя 1 от источника 6 измеряемого напряения и,( на элементах индикации 2 , 24,...,2Н устанавливаются напряжения. , ,и ,Uj,.. .Ojj (фиг, 2)., величина коорых определяется следуюшюяи соотношениями4,K4)«+KiEc x- - 0. Ч, -KaUo 2 +E -i- x x 2E, г и,К U.-K.() -l(,) и т.д. Обобщая на случай произвольного значения индекса i (2$i$N) получим и 2Cu + (i-l)Eo -lCUy+(i-2)Ee:) 2UT +aiEp-2Ep-. i ЕЬ + . . Таким образом, на основе использдвания рекурентного соотношения вида . в предлагаемом приборе производится формирование на выходах усилителей Ц ,2,...,1Мсовокупнос-. ти сигналов напряжения постоянного тока{и -,отличающихся между собой по амплитуде на постоянную величину, кратную величине шага дискретизации по уровню (фиг. 2). При этом для каждого каскада усилителей Ц, Зд, ..., 1 nj для всех значений измеря:.1 емого напряжения U в диапазоне измерения обеспечиваются соотношения .4. С выходов усилителей А г J-2. 1 напряжение U подается на соответствующие жидкокристаллические элементы 2 ,, .. , ,2 индикации (фиг. 1). При достижении Uj7 соответствующие жидкокристаллических элементах 2 ,22,...,2ц( индикации начинает визуально наблюдаться электрооптический эффект. Так как ... г то при изменении Uy в {диапазоне о-и лзначение (фцг.2) йна|чале достигнет напряжение на выходе усиР1ителя 1ц ,затем на выходе усилитеОтсчетной меткой приiK т.д. бора является граница между возбужденными и невозбужденными элементами 2,...,2u индикации. При этом значение измеряемогонапряжения 1К однозначно характеризуется количеством элементов 2-f ,2, .. .2миндикации,находящихся в возбужденном состоянии Готсчет ведется, начиная с элемента индикации с индексом 2ц ). Предлагаемый прибор позволяет также производить измерение напря- . жения в диапазоне от минус и,до ПЛЮС UjK.n с нулевой отметкой посредине шкалы, при этом оптичг1льную величину напряжения Е исГочника 5 определяют из соотношения Е о - 2U-iKK . N+1

Таким образом, введение дополнительной связи неинЬертирующего входа каждого прёдыдушего каскада с инвертирующим входом последуюшего каскёша позволяет формировать на выходах усилительных каскадов единичный (унитарный) код, эквивалентный величине измеряемого напряжения«При этом необходимое количество усилителей в каскадах сокращается в два

раза, что позволяет существенно:.- упростить прибор и повысить разрядность шкалы прибора. При этом входное сопротивление прибора является постоянным и не зависит от количества исгпользуекых каскадов и уровня измеряемого напряжения, что позволяет повысить точность измерения в высокоомных цепях.

АНАЛОГО-ДИСКРБТНЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, coдepжaщийv, N каскгщов усилителей постоянного . тока, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвертирующий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, и источник опорного напряжения, связанный с входом первого каскада, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с. целью упрощения, неинвертируктаий вход каждого предыдущего каскада дополнительно соединен с инвертирующим входом по(следующего каскада, а источник опорного напряжения присоединен к дополО) нительному неийвертирующему входу первого каскада. fj Щгн. э N5 5) jo Ю

единичный квв

о о о о в оло t ITT /I /