Интегрирующий цифровой вольтметр Советский патент 1983 года по МПК H03K13/20 

10 Изобретение относится к преобраэова ншо информации и испопьзуется при по- , строении измеритепьных приборов. Известны интегрирующие цифровые }юпьтметры со статическим усреднением, в которых измерение входного напряжения основано на неоднократном сравнении его с пинейно изменяющимся опорным напряжением и роспедующем усреднении результатов сравнения. В этом случае дисперсия среднеарифметического N независимых измерений уменьшается в М раз, а среднеквадратическая погрешность в -vTr раз С13. Недостатком данного устройства явпяется ограничение диапазона измерений, определяемого принципами работы и- параметрами конкретного устройства. Известно устройство, содержащее входное устройство (ВУ), компаратор (К генератор пилообразного напряжения (ГПН), бпок управления (БУ), генератор стабильной частоты (ГСЧ), цифровой и дшсатор, счетчик импульсов, блок управгаз ВИЯ пределами 2, Недостатками известного устройства являются большие динамические ошибки и возможностью измерения напряжения только одного знака. Цель изобретения - повышение точное ти и расширение фу1жциональных возможностеи. Поставленная цель достигается тем, что в. интегрирующий цифровой вольтметр содержащий генератор стабильной частоты, первый счетчик импульсов,, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пютообразного напряжения, в него введены второй счетч ш импульсов, линия задержки, два R-S-триггера, диод, элемент ИЛИ, генератор запуска, множительное устройство, три.элемента И, первый вкод первого из которых соединен с входом генератора пилообразных напряжений и прямым выходом первого R-9 -триггера, второй вход - с выходом генератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов, а выход - с первым входом множительно го устройства, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй вход - со вторым входом входного устройства и первым выходом второго счетчика импульса и первым входом элемента ИЛИ, третий вход с третьим входом входного устройства 72 и выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и едишчным входом пё рвого R- S -триггера и через диод с вхо- . дами сброса старших разрядов и информационш 1ми входами младших разрядов второго счетчика и инверсным выходом nei вого Р-5 -триггера, и через пинию задержки - с нулевым входом второго 5 -триггера,а второй вход второго элемента И соединен с инверсным выходом второго -триггера, единичный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответ- ственно со вторым и третьим выходами второго счетчика импульсов, при этом . нулевой вход первого R-5 -триггера соединен с выходом компаратора. На фиг. 1 представлена блок-схема ингегрирующего цифрового вольтметра со статическим усреднением и адаптивньтм выбором предела измерения; на фиг. 2 временные графики, поясняющие его работу. Интегрирующий цифровой вольтметр со статистическим усреднением и адаптивным выбором предела измерений содержит входное устройство 1, компаратор 2, генератор 3 пилообразного напряжения, первый элемент И 4 множительное устройство 5, первый счетчик 6 импульсов, первый RS-триггер 7, ;генератор 8 запуска, второй счетчик 9 импульсов, генератор 10 стабильной частоты, второй элемент И 11, элемент ИЛИ 12, второй R5 триггер 13, третйй элемент И 14, элемент 15 задержки, развязывающий диод 16. Перечисленные элементы соединенЬ между собой следующим образом. Выход входного устройства 1 соединен с первым входом компаратора 2, с вторым входом которого соединен выход генератора 3 пилообразного напряжения. Выход кo шapaтopa 2 соединен с нулевым входом первого RS-триггера 7, к единичному выходу которого подключен выход генератора 8 запуска. Прямой выход первого Rс,-триггера 7 подан ка вход генератора пилообразного напряжения и одновременно на вход первого логического элемента И, на второй вход которого поаключен выход генератора Юстабильной частоты ( ГСЧ) .Оановременно выход генератора 10 стабильной частоты подключен на счетный вход Т второго счетчика 9 импульсов. К объ-

единенной шине Запись 1 и Сброс второго счетчика 9 импульсов подключен выход первого R 9 -триггера 7 на эту же шину через развязывающий диод 16 подключен выход генератора 8 запуска, причем шина Запись 1 соединена с единичными входамилотадших. разрядов второго счетчика 9 импупьсов, а шина Сброс - с нулевыми входами всех остальных разрядов второго счетчика 9. Выход самого старшего разряда М .второго счетчика импупьсов 9 подан на второй вход элемента ИЛИ 12 и одновременно на второй вход входного устройства 1, иесколысо выходов второго счетчика 9, предшест кмцих разряду М , поданы на соответствующие входы второго эпемента И 11, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 12. Выход элемента ИЛИ 12 подключен на единичный вход второго RS-триггера 13, нулевой вход которого соединен через элемент 15 задержки с выходом генератора 8 запуска. Дисперсный выход второго RS-триггера 13 подключен к первому входу третьего элемента И 14, выход которого в свою очередь подан на третий вход входного устройства 1 и одновременно на третий вход множител ного устройства 5, первый вход которого соединен с выходом первого элемента. И 4. Выход множительного устройства В подключен к счетному входу первого счетчика 6 импульсовj вьгход которого .является выходом всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое напряжение Ugx. поступает на входное устройство 1, где оно нормализуется и смещается на вел1иину С-м далее поступает на первый вход компаратора 2, на второй ход которого подается пилообразное напряжение Ути с Генератора 3 пилообразного напряжения (ГПН), запуск которого осуществтюется потенциальным сигналом, поступак шим с прямого выхода первого R5 -триг гера, который в свою очередь переключается в единичное состсетние импульсами X) с генератора 8 запуска (ГЗ). С момента запуска ГПН 3 тактовые импульсы Т2 с ГСЧ 1О поступают на счетный вход второго счетчика 9 импульсов и заполняют его до момента ваыработки импульсного сигнала с компаратора 2, ко торый вырабатывается в момент равенства напряжений.

Сигнал с компаратора 2 поступает на нулевой вход первого RS -триггера 7, с инверсного выхода которого потенциаль ный сигнал обнуляет второй счетчик 9 и одновременно записывает в его младшие разряды единины. Число младших разрядо в которые записываются единицы, опре: деляется от предлагаемой скорости и величиной изменения измеряемого напряжения, что вюобходимо дтга того, чтобы обеспечить гарантированное переполнение счетчика в пределах между двумя модулирующими импульсами Т. при величине измеряемого напряжения, близкой к предельному для текущего диапазона измерения. Развязывающий диод 16 необходим для того, чтобы развязывать цепи прохождения сигнала с RS -триггера 7 и сигнала ГЗ 8i

При запуске ГПН 3 тактовые импульсы Т через элемент И 4 и множительное устройство 5 заполняют также и первый счетчик 6, в который поступают пачки тактовых импульсов Т. Число лачек или же период опроса первого счетчика импульсов цифрового вольтметра зависит от требуемой точности измерения и скорости изменения входного напряжения,

ч

Множительное устройство 5 изменяет период следования импульсов Т при каждом переполнении счетчика 9, а также при уменьшении абсолютного значения измеряемого напряжения до определенной величины.

. Второй счетчик 9 заполняется также и во время от момента прохождения импульса с компаратора 2 до поступления следующего импульса с ГЗ 8. За этот промежуток времени счетчик 9 переполняется и в том случае, если величина измеряемого напряжения является близкой к предельному значению для текущего диапазона измерения и отрицательной за счет смещения измеряемого напряжения на величину U см 1 производимого во входном устройстве 1.

При переполнении второго счетчтгка 9 импульс переполнения (едиш1ца в N -м разряде) поступает на входное устройство 1, множительное устройство 5 и изменяет их передаточшз коэффициент. При этом величина сигнала на выходе входного устройства 1 уменьшается, что позволяет произвести его сравнение с сигналом с ТПН 3 в пределах периода Т.

Производится также и соответствующее уменьшение периода следовантш и myпьсов в первый счетчик импульсов. Естга же усреднение замеренных значений входного напряжения производится за один период Х(, го можно обо 1тись и без множитепьного устройства 5.

Еспи значение входного напряжения начинает уменьшаться, то производится восстановление прежних передаточнь1х коэффициентов устройств 1 и 5.

Это происходит спедующим образом.

При уменьшении входного напряжения на определеннуювепич Гну разряды и N -2 второго счетчика 9 шлпупьсов не заполняются; При этом второй Д9 ТРРггер 13 будет находиться в нулевом состоянии и с его инверсного выхода потенциальный сигнал поступает на первый вход третьего элемента И 14, на второй вход которого подается сигнал с ГЗ 8, при этом сигнал с выхода элемента И 14 поступает на третьи входы множительного устройства 5 входного устройства 1 и вoccтa raвливaeт предыдущие значения их передаточных коэффициентов. Сигнал с выхода ГЗ 8 через элемент 15 задержки подается на нулевой вход второго Д5 - триггера 13 для того, чтобы подготовить устройство к работе в текущем такте T/j.

Анапогичнбш образом работает устройство при прохождении сигнала с KOMnajiaToра 2.

Еспи в течение промежутков времени

от Т до сигнала с компаратора 2 или от сигнала с компаратора до следующего Т. в разрядах Ц - 1 и Ы - 2 будут единицы, то на выходе второго элемента И 11 появится сигнал, который проходит

через элемент ИЛИ 12 и поступает на единичный вход R9-триггера 13. На его инверсном выходе сигнал, будет равен нулю и импульс с ГЗ 8 через третий логический элемент И 14 не проходит.

Предлагаемое устройство обладает способностью.менять свой передаточный коэффициент в зависимости от величины входного измеряемого напряжения, что

позволяет независимо от скорости и знака изменения измеряемого напряжения

автоматически выбирать требуемый диапазон измерения, при этом производится переключение диапазона измерений без сброса накоплений информахши, что позволяет использовать эффект, статистического усреднения мгновенного значения измеряемого напряжения и значительно .повышает точность измерений. Tf гТг JTf Tf Tf 6T, 7 8Г, ffTf Ж r/7r /2Tf /J7,

4

y/fo

r 4C,

fffflea

yi /r/i / /I

/ / / / i /. /;. .fN,. . . . I sT,j jV kj

.-V--t iLiM- 4

ил.1.

П II 1III IIIII IIi i I IjI I I 1 iII Л U i Hnrnriririri n П Tf VTf JT, r, STf ffT 7Гг 8T, ffT I I П , fAr, Щ fJK

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ШФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР, содержащий генератор стабипьной частоты, первый счетчик кмпупь сов, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом гене1эатора пилообразного напртженйя, отпи чающийся тем; что, с цепью повышения точности и расширения фуш ционатаьных возможностей, :в него .введены второй .счетчик импульсов, линия задержки, два -триггера, диод, элемент ИЛИ, rei epaTop запуска, множител ное устройство, три элемента И, первый вход первого из которьге соединен с вхо дом генератора .пилообразных напряжений и прямым ъыкожял первого RS -триггера, второй вход - с ъыкоаам генератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов, а выход - .с первым входом множительного устройства, выход которого соединен со счетным входом первогчз счетчика импульсов, второй вход - со вторым входом входного устройства и первым выходом второго счетчика импульсов, и первым входом элемента ИЛИ; третий вход - с третьим входом входного устройства и выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и единичным входом первого RS -триггера и через диод - с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго счетчика импульсов и инверсным выходом первого R5 -трйггёг, и через линию задержки - с нулевым входом второго RS -триггера, а второй вход второго эле:Мента И. соединен с инверсным выходом второго R5 -триггера, единичный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй )входы которого соединены соот ветотвенно со вторым и третьим выходами второго счетчика импульсов, при этом Нулевой вход первого R9-триггера соединен с выходом компаратора. j

ey л;