Цифровой вольтметр действующего значения Советский патент 1984 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и используется при создании цифровых вольтметров и аналого-цифровых измерительных преобразователей действующего значения напряжения переменного тока.

Известен измеритель действующего значения напряжения, содержарщй ин тегрирующий усилитель, соединенный со схемой сравнения, множительное стройство и блок управления, соедиенные со входом преобразователя, ключ и управляемый генератор функий 1 ,

Указанный измеритель характеризуется малым быстродействием.

Известен цифровой вольтметр дейстующего значения, содержа гшй первый тегратор, первый переключатель, ервый вход которого соединен с входной шиной и входом блока управления, торой вход - с выходом источника порного напряжения, выход - с вхоом квадратора, а третий вход - с ервым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом селектора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, третий вход - с выходом реверсивного счетчика, четвертый вход - с выходом блока сравцения, первый выход - с первым вхоом реверсивного счетчика, второй выход - с входом первого счетчика, третий выход - с входом второго счетчика, выходы которого соединены с первыми входами группы элементов И, вторые входы которых соединены с выходами первого счетчика, а выходы с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом,реверсивг ного счетчика, второй интегратор, вы ход которого соединен с входом блока сравнения fi .

Однако данное устройство обладает низким быстродействием.

Цель изобретения - повышение быстродействия путем уменьшения числа тактов интегрирования.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр действующего значения, содержащий первый интегратор, первый переключатель, первый вход которого соединен с входной шиной и входом блока управ ления, второй вход - с выходом источника опорного напряжения, вы« ход - с входом квадратора, а третий вход - с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом селектора, второй вход которого соединен с выходом кенератора импульсов, третий вход с; выходом реверсивного счетчика, четвертый вход - с выходом блока сравнения, первый выход - с первым

входом реверсивного счетчика, второй выход - с входом первого счетчика, третий выход - с входом второго-счетчика, выходы которого соединены с первыми входами группы элементов И, вторые выходы которых соединены с выходами первого счетчика, а выходы - с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен свторым входом реверсивного счетчика второй интегратор, выход которого соединен с входом блока сравнения, введены второй переключатель, инвертирующий повторитель и перемножитель, первый вход которого соединен с выходом квадратора, второй с выходом первого интегратора, а выход - с входом второго интегратора, при этом вход инвертирующего повторителя соединен с выходом источника опорного напряжения и с первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего повторителя, третий вход - с первым выходом блока управления, а выход - с входом первого интегратора.

На чертеже изображена структурная схема цифрового вольтметра действующего значения.

Цифровой вольтметр содержит источник 1 опорного напряжения, первый переключатель 2, квадратор 3, инвертирующий повторитель 4, второй.переключатель 5, первый интегратор 6, перемножитель 7, второй интегратор 8 блок сравнения 9, селектор 10, генератор импульсов 11, первый счетчик 1 группу элементов И 13, элемент ИЛИ 14 реверсивный счетчик 15, второй счетчик 16 и блок 17 управления.

Шина входного сигнала соединена с первым входом переключателя 2 и входом блока 17 управления, выходы которого связаны с управляющими входами переключателя 2 переключателя 5 и вторым входом селектора 10, Выход второго переключателя соединен со входом квадратора 3, выход которого подсоединен к первому входу перемножителя 7. Выход источника 1 опорного напряжения соединен с вторым входом переключателя 2, с первым входом переключателя 5 и входом инвертирукадего повторителя 4, выход которого соединен с вторым входом переключателя 5, выход которого подсоединен ко входу первого интегратрра 6., а выход последнего - ко второму входу перемножителя 7, выход которого соединен со входом интегратора 8. Выход последнего через блок сравнения 9 связан с первым входом селектора 10, третий вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов 11, а четвертый вход соединен с выходом реверсивного счетчика 15. Первый выход селектора 10 соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 15, второй - со входом счетчика 12, и третий - со входом счетчика 16. Информационные «выходы счетчика 12 и счетчика 16 связаны с входами элементов И 13, выходы которых через элемент ИЛИ 14 подключены к суммирующему входу реверсивного счетчика 15. Аналого-цифровое преобразование действующего значения :|. периодического напряжения U (i пере менного тока в цепи цифрового воль метра осуществляется методом двухтактного интегрирования произведения квадрата мгновенного значения напряжения на линейно изменяющееся напряжение. Цифровой вольтметр работает следующим образом, В момент начала первого такта интегрирования, длительность которо го Т4 Т, п 1, 2, ,,, , т.е, рав на или кратна периоду Т напряжения Utt), блок 17 управления устанавливает переключатели 2 и 5 в положени с( и открывает селектор 10 по втором выходу. Вследствие этого напряжение U(i) преобразуется квадратом 3 и его выходное напряжение U) t) KU( поступает на первый вход перемножителя 7, а выходное напряжение UQ источника 1 опорного напряжения интегрируется интегратором 6, выходное напряжение которого ilvt-b поступает на второй вход перемножителя 7, выходное напряжение которого интегрируется интегратором 8, на выходе которого в момент окончан такта напряжение Т, .,,..C,.,,.. JrfrP nTtKunu --J Д( ,,2 1т 2V5,k+ i 4JWTiT

где i ,i2 - постоянные времени

интеграторов 6 и 8j К f Кп- коэффициенты преобразования квадрата 3 и перемножителя 7 соответственно, , а, Bjj, - коэффициенты ряда

Фурье,

В момент окончания первого такт блок 17 управления переводит перегде NO - информационная емкость счетчиков 12 и 16,

С поступлением N таких импульсов в течение времени N, NoN

-f

Tl

cNi ключатели 2 и 5 в положение б,закрывает селектор 10 по второму выходу и открывает его по первому выходу, а число импульсов, поступивших в течение времени Т п Т на счетчик 12 через селектор 10 от генератора 11, равно N, i, пТ , где i(, - частота следования импульсов генератора 11, В течение второго такта интегрирования опорное напряжение UQ от источника 1 поступает на входы квадратора 3 и интегрирую1чего повторителя. 4, Выходное Напряжениеk и| квадратора 3 поступает на первый вход перемножителя 7, а выходное напряжение о повторителя 4 интегрируется интегратором 6 и поступает на второй вход перемножителя 7, выходное. напрях ение KWnUoi интегкоторого, равное рируется до момента, когда . 1 KKnUlTl г-1Л л ОЛ откуда В момент равенства нулю выходного напряжения интегратора 8 блок сравнения 9 закрывает селектор 10 по первому выходу и поступление импульсов от генератора 11 на вычитакющй вход .реверсивного счетчика 15 прекращается, С учетом последнего выражения число импульсов, поступившихза время Т „ ,п, спТи luol После окончарГия второго такта интегрирования блок 17 управления открывает селектор 10 по третьему выходу, .и импульсы от генератора 11 поступают на счетчик 16, который вместе со счетчиком 12, группой элементов И 13 и элементом ИЛИ 14 образует двоичный умножитель частоты. Поэтому с выхода элемента ИЛИ 14 на суммиругаций вход счетчика 15 поступают импульсы с частотой S107 реверсивный счетчик 15 возвращается в исходное состояние, сигнал с его йыхода закрывает селектор 10 по третьему выходу, а число импульсов, зафиксированных счетчиком 16, MoU с о и- йГП-Т йГТ откуда действующее значение напрякения3707 |Uo| , рде н - известный постоянный коэффициент. . Таким образом, введение второго переключателя, инвертирующего повторителя и перемножителя повышает быстродействие предлагаемого npeofe.. разователя путем сокращения числа тактов интегрирования.

ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЕЙСГВУ ЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ, содержаиий первый интегратор, первый переключатель, первый вход которого соединен с вхо ной шиной и входом блока управления второй вход - с выходом источника опорного напряжения, выход - с вход квадратора, а третий вход - с выход блока управления, второй выход-кото рого соединен с первым входом селек тора, второй вход которого соедине с выходом генератора импульсов, тре тий вход - с выходом реверсивного счетчика, четвертый вход - с выходом блока сравнения, первый выход - с первым входом реверсивного счетчика, второй выход - с входом первого счетчика, третий выход - с входом второгосчетчика, выходы которого соединены с первыми входами группы элементов И, вторые входы которых соединены с выходами первого счетчика, а выходы - с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй интегратор, выход которого соединен с входом блока сравнения, отличаю Р1ий ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены второй переключатель, инвертирующий повторитель и перемножитель , первый вход которого соединен с выходом квадратора, второй вход - с выходом первого интегратора а выход - с входом второго интегратора, при этом вход инвертируюйдего повторителя соединен с выходом источника опорного напряжения и с первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего повторителя, третий вход - с первым выходом блока управления , а выход - с входом первого интегратора.