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

Изобретение относится к электроиз мерительной технике и предназначаете ся для цифрового измерения действующего значения переменного напряжения с высокой тЬчностью и быстродействием. Известен преобразователь действующего значения напряжения, содержащий два переключателя, квадратичный преобразователь напряжения в частоту вход и выход которого соединены с подвижными контактами первого и втог рого переключателей соответственно два счетчика, входы которых соедине ны с неподвижными контактами второго переключателя, схему сравнения кодов входы которой соединены с выходами счетчиков, формирователь компенсирукщего напряжения, вход которого соединен с выходом схемы сравнения ко,-, доз, а выход - с одним неподвижным контактом переключателя, другой неподвижный контакт которого соединен с источником измеряемого напряжения и с входом устройства управления, выходы которого соединены с управлящими входами переключателей, второго счетчика и формирователя компенсиру ющего напряжения ij . . . Недостатком преобразователя являс ется низкое быстродействие. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является циф розой вольтметр действующего значения, содержащий переключатель, выход которого соединенс входом преобразователя напряжения в частоту, два ключа, первый вход первого из которых соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту, регистр, выход которого соединен с входами цифрового отсчетного устройства и преобразователя код - напряжение, выход которого соединен с первым вхо дом переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной и с входом устройства управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом переключателя, втррым входом первого, ключа и первым входом регистра, и множительно-делительное устройство j2. Недостаткаьш известйого устройств ва являются низкая точность измереяия действующего значения напряжекия и низкое быстродействие. Цель изобретения - повышение точности измерения действующего значения напряжения и увеличение быстро- . г действия. . Поставленная цель достигается тем что в цифровой вольтметр действующего значения, содержащий переключатель, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, два ключа, первый вхоД первого из которых соединен с выходом преоб-i разователя напряжения в частоту, per Гистр, выход которого соединен с входами цифрового отсчетного устройства и преобразователя код - напряжение, йыход которого соединен с пер вым входом переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной и с входом устройства управления, первый, второД и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом переключателя, вторым входом первого ключа и первым входом регистра, множитёльно-делитег льное устройство, введены сумматор и реверсивный счетчик.первый и вто рой входы которого соединены соответственно с выходом первого и второго ключей, а выход - с первым входом множительно-делительного устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которо го соединен с выходом регистра, а выход - с вторым входом регистра и вторым входом множительно-делительного устройства, третий вход которого соединен с четвертым выходом устг ройства управления, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с третьим входом реверсивног го счетчика и первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом преобразователя напряжения в частоту. На чер-теже показана блок-схема цифрового вольтметра действующего значения переменного напряжения Схема содержит переключатель I, квадратичный преобразователь 2 на пряжения в частоту (ПНЧ , ключи 3 и 4, реверсивный счетчик 5, множительно-делительное устройство 6, комбинационный сумматор 7, регистр 8 преобразователь 9 код - напряжение (IIKHJ, устройство 10 управления и цифровое отсчетное устройство 11. Первый вход переключателя 1 соединен с входной шиной, а выход с входом преобразователя 2 напряжения в .частоту, выход которого соединен соответственно с входами первого 3 и второго 4 ключей, выходы которых соединены .с входами реверсивного счетчика 5, выход которого соединен с входом множительно-делительного устройства 6, выход которого соединен с первым входом сумматора 7, вто рой вход с выxo5 oм регистра 8 и входом преобразователя 9 код - напряжение, вход устройства 10 управления соединён с входной шиной, вход цифрового отсчетного устройства П соединен с входом преобразователя.9 код - напряжение. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы в регистр 8 преобразователя 9 код - напряжение (.ПКН) записывается код начального приближения Zfl.Далее работа устройства происходит циклически, при этом каждый цикл состоит из следующих трех тактов. 1-й такт. По команде устройства 10 управления счетчик 5 сбрасывается в ноль; переключатель 1 в нижнем положении; ключ 4 замкнут, ключ 3 разомкнут. Выходное напряжение ПКН, определяемое кодом Z и записанным в регистр 8 ПКН, поступая на вход квадратичного ПНЧ 2, преобразуется в частоту, которая интегрируется счетчиком 5 в течение интервала врег мени Т. В результате, в.конце первого та та, на выходе счетчика получаем код YO, равньш. , to VK oV4i4 cii|zlat,4 где ей - мультипликативная погрешнос ПНЧ 2 и ключа }. Полученный код переписывается в мно жительно-делительное устройство, 2-й такт. Переключатель I пер водится в верхнее положение, ключ 3 замкнут, ключ 4 разомкнут, входно измеряемое напряжение X(t), поступа на вход квадратичного ПНЧ 2, преобразуется в частоту, которая интегри руется реверсивным счетчиком 5.в те чение того же интервала времени Т. В результате на выходе счетчика получаем -j--jVYx4 1 i oai4ucc.jx%Wt в этом же такте, одновременно с работой счетчика 5, множительно-делительное устройство 6 вычисляет величину 2o/2Yo(T.e.Zo/2r(Z. 3-й такт. По команде блока 10 управления производится умножение кодов ( YO - УХ ) , полученных в конце Второго; такта. Найденное произведение - ( Yo Ух), поступая на вычитающий вход комбинационного сумматора 7, вычитается из Z и за:пнсывает в регистр 8;&КН,определяя тем самым новое улучшенное приближение Z j, Этот код 2 используется в следут ющем цикле вместо об. На этом один цикл работы устройства заканчивается. . В дальнейшем работа устройства протекает аналогично описанному. Через п циклов работы в регистре 3 будет получен равннй vz. / и,, соответственно, через (п+1)цикл получим ,;. - . ,«- 2ЩлЕ - -х. Таким образом, каждый дополнительный цикл работы устройства позволяет получать все более точные . значения измеряемой величины. Количе ство, циклов работы, необходимьгх для получения искомого значения 2 с заданной точностью, определяется скоростью убывания погрешности за один цикл работы устройства, оценка которой получается следующим . образом. Рассмотрим множитель Zn /2Г(2п) в выражении (1.): , 2п п 2 2(.l.lAi(1 2 Сноски Поскольку характеристика такта измерения устройства равна Т 1 (1W 11 di С «tiZ., о . - и ее производная(Р(Х) 2(1«1.), то множитель Zn/2F(Zn) равен величине, обратной первой производной тракта, (2) 2FC rt 2CA46,Zv,РЧ-г-мУ

В силу этого выражение (1/ , поло; ясенное в основу работы предлагаемого устройства, примет следукяций эквива лентшой вид

mr2ir,(Z«VY..i 3)

Как следует из выражения (2) , введение множителя 2n/2F(Zh) позволяет оценивать в каждом цикле работы погрешность об тракта измерения и учитывать ее величину при получейии искомого результатаZ , т.е.

i F4ZH

-(4lfJ±i.4z -Т « V рЧ

ип Подставляя в данное выражение пе вую и вторую производные , ; (),р(2;н«2(14сй ; получим. ,--г.4г|т7 й;; -г/и после деления этих частей на 2( имеем: , Выражение (4) определяет скорость убывания относительной погрешности за один цикл работы устройства. Если начальная погрешность (Zg ,f) равна 20%, то один цикл работы устройства даст ()(4) (0,02/- 0,02 т.е. уменьшает погрешность измерени в 10 раз. Еще один цикл работы устр йства уменьшит относительную погреш ность до 0,02% ()()« Ч0,02)« 0,02%.

Таким образом, всего два цикла работы предлагаемого устройства дозволяют получить результат с точностью 0,02% при начальной погрешности 20%. Такая же высокая скорость сходимости имеет место и при других значениях начальной погрешности (см.таблицу). Высокая скорость сходимости позволяет предлагаемому устройству обходиться всего двумя циклами работы в широком диапазоне начальных погрешностей (0-50%). Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить более высокое быстродействие по сравнению с известным путем сокращения. числа циклов работы устройства, а также (путем сокращения длительности каждого цикла, и более высокую точность, так как сокращение времени измерений уменьшает составляющую погрешности, вызванную нестабильностью узлов и блоков измерительного тракта. .

ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР.flEftCtBYЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ,содержащий переключатель, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, два ключа, первый вход первого из которых соединен с выходом преобразователя напряжения в частог ту, регистр, выход которого соедит иен с входами цифрового отсчетнрго устройства и преобразователя код напряжение, выход которогр соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной и с входом устройства управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответстс венно с третьим входом переключателя , вторым входом первого ключа и первым входом регистра, множительноделительмое устройство, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения и повьшения быстродействия, в него введены сумматор и реверсивный счетчик, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом перво i го и второго ключей, а выход - с пер вым входом множительно-делительного (Л устройства, выход которого соединен : с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра, а. выход - с вторым входом регистра и вторым входом множительно делительного устройства, третий вход которого соединен с четвертым выходом уйтройства управления, пятый и шестой выходы которого соедаг00 нены соответственно с третьим входом реверсивного счетчика и первым вхосо дом второго ключа, второй вход котйрого соединен с выходом прробразователя напряжения в частоту.