Цифровой омметр Советский патент 1984 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к цифрово электроизмерительной технике, предназначено для измерения сопротивления резисторов с высокой точностью. По основному авт.св, ( 1046707 известен цифровой омметр, содержащий два переключателя, источник оп ного напряжения, добавочный и опо ный резисторы, операционный усилитель и аналого-цифровой преобразов тель, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту, ключа и счетчика, причем выход источника опорного нап ряжения подключен к первому неподвижному контакту первого переключателя, подвижный контакт которого через добавочный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, опорным резистором и первым входным зажимом, второй вывод опорного резистора и второй входной зажим соединены с неподвижными контактами второго переключателя ,соответственно, подвижный контакт которого соединен с выходом операционного усилителя, неинвертирукнций вход которого соединен с общей шиной устройства, дифферен циальный интегратор, блок выборки хранения, три ключа, причем выход операционного усилителя через два ключа соединен с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального интегратора, выход которого через третий ключ и блок выборки и хранения соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен со вторым неподвижным контактом первого переключателя ij , Недостатком известного омметра является низкое быстродействие при больших значениях погрешности трак преобразования, вследствие чего дл получения результатов с высокой точ ностью требуется большое число циклов коррекции; точность можно повысить, если одновременно с проведением итераций осуществлять автоматическое целенаправленное изменение козффициента передачи тракта, приво дящее к уменьшению мультипликативной погрешности всего тракта измери тельного преобразования. Цель изобретения - повышение быс родействия при сохранении заданной точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой омметр введены усилитель с изменяемым коэффициенто передачи, реверсивный и вычитающий ;счетчики, Т-триггер, два формирователя импульсов, четвертый ключ, причем вход вычитающего счетчика ерез четвертый ключ соединен с вхо дом счетчика аналого-цифрового преобразователя, выход которого соеди нен с установочным входом вычитающего счетчика, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого через формирователи импульсов соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счетчика, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а выход с входами первого и второго ключей. На фиг.1 rtpeдcтaвлeнa структурная схема цифрового омметра; на фиг.2 т выходной сигнал ПНЧ. Цифровой омметр содержит источник 1опорного напряжения,переключатели 2и 3, добавочный 4 (Rtf)/ измеряемый 5 (R,() и опорный 6 (Ron) резисторы, операционный усилитель 7, усилитель 8 с изменяемым коэффициентом передачи, ключи 9-13, дифференциальный интегратор 14, блок 15 выборки и хранения, аналого-цифровой преобразователь 16, состоящий из последовательно соединенных преобразователя напряжения в частоту-ПНЧ 17, ключа 12 и счетчика 18, реверсивный счетчик 19, вычитающий счетчик 20, формирователи 21 и 22 импульсов и Т-триггер 23. Источник 1 опорного напряжения через переключатель 2 и добавочный резистор 4 соединен с инвертирукмцим входом операционного усилителя 7, выход которого соединен с усилителем 8 с изменяемым коэффициентом передачи, выход которого через ключи 9 и 10 соединен соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 14, выход которого через последовательно соединенные ключи 11 и блок 15 выборки и хранения соединен с входом ПНЧ 17, вход ключа 13 и установочный вход вычитающего счетчика 20 соединены с входом и выходом счетчика 18 соответственно, выход ключа 13 соединен с входом вычитаквдего счетчика 20 выход которого соединен со счетным входом Т-триггера 23, прямой и инверсный выходы которого через формирователи 21 и 22 импульсов соединены с входами вычитания и сложения .реверсивного счетчика 19 соответственно, выход которого соединен с управлягадим входом усилителя 8 с изменяемым коэффициентом передачи. Работа устройства происходит итерационно (циклически), при этом реализуются два взаимосвязанных процесса - процесс измерения и процесс адаптации, которые протекают параллельно. Для того, чтобы представить работу устройства более наглядно, рассматривают процесс измерения и процесс адаптации отдельно. Процесс измерения. Ключ 13 разом кнут, в результате чего вход счетчика 20 отключен и его состояние не меняется. В счетчик 19 записан код, при котором коэффициент передачи у усилителя 8 равен единице. Первый такт. Счетчик 18 сбрасывается в ноль, переключатели 2 и 3 переводятся в положение b , ключ 10 замкнут, ключи 9,11 и 12 разомкнуты При этом на выходе усилителя 8 полу чается напряжение оп , где УОП выходное напряжение источника 1 опорного напряжения. Производится интегрирование за время Т. После окончания первого .такта на выходе интегратора 14 получают 1 RX . X,,)yjXon-F- Jt(, (2) о 6 .где Хц - начальное напряжение интег ратора 14; У - коэффициент усиления усили теля 8; об и - соответственно суммарная мультипликативная и аддитивная погрешности. Второй такт. Переключатели 2 и 3 переводятся в положение а, ключ 9 ..зймкнут, ключи 10 и 11 разомкнуты, ключ 12 замкнут. Производится интегрирование за время Т сигнала i(Xo) (фиг.2) с выхода ПНЧ 17. После завершения второ го такта на выходе интегратора 14 имеется напр,яжение )(Хо1 H4bec)yjXo« dt-(U iniCXo)Jt (3) о С i Ч Одновременно с работой интегратора 14 счетчик 18 подсчитывает количество импульсов 2ig выходной часто ты, поступающих в интегратор 14 в течение второго такта - ИогКХоУ. Третий такт. Ключи 9 и 10 разомк нуты. Ключ 11 замыкается и переписывает напряжение с выхода интегратора 14 в блок 15 выборки и хранени Получаемое на выходе напряжение при нимается в качестве первого приближенияKrXe(l.ct)yJXony-c t-(b«tl |iil o1y Jt. (4 Полученное значение Х, задает ноя вое уточненное значение частотыi(X,) на выходе ПНЧ 17. На этом один цикл работы заканчивается. Затем последовательность измерительных операций, згшаваемая описанными тремя тактами, циклически повторяется, так что : х„„ х„Ч+« 1у1 оп (,)dt J5J с ростом числа итераций напряжение Xf, стремится к своему устано- -, вившемуся значению Х . В установившемся режиме выходная величина интегратора 14 не меняется. Это значит, что положительные приргидения . I ( j onF:. J . получаемые в тече о 6 ние первого такта, в точности равны отрицательным приращениям т п O + otUlHx - dt, полученным в те0 .- S чение второго такта ЧЬ«.и1Хоо с)1(1 + ы)ф(х,1,{ (б) Поскольку второй интеграл в выражении (6) есть вольтсекундная площадь выходного сигнала ПНЧ 17 (.фиг.2), то из (6) следует .tl7 инп 1 площадь одного импульса выходной частоты ПНЧ 17; АК - количество импульсов,поступивших в счетчик 18. Таким образом, число 1 ,записанное в счетчике 18, связано с измеряемым сопротивлением R следующим соотношениему .4- :Р оп Аддитивная /3 и мультипликативная ° погрешности всего устройства в установившемся режиме полностью исключаются из окончательного результата. Скорость убывания относительной погрешности измерения ) l.ll для устройства определяется соотношением . ( « т1 о -27 - sUR;.An-t)TJ- (9) Выбирая «on/If(Г Равным , . полуьv HMn l-чают.lri io) отсюда получают выражение и для абсолютной погрешности , + e6g)y lZo-Z y (П) Как следует из выражения (И) , погрешность устройства убывает со скоро.стью геометрической прогресси знаменатель которой о равен vt-u E y и„-) член прогрессииац а ао .Очевидно, чем меньше знаменатель((14о(,5-)у прогре сии, тем быстрее убывают ее члены, тем выше быстродействие и точность цифрового омметра. Наибольшее быстродействие дости гается 17ри ir (l + c(j)y 0, т.е. при у -. .JB этом случае погрешности устройства корректируются всего за одну итерацию. Таким образом, заданием соответс вующего значения у ( коэффициента усиления усилителя 8) можно оЬтимизировать быстродействие и точность всего устройства. В рассматриваемом случае это осуществляется автоматически в процессе адаптации.. Процесс адаптации. Сущность процесра адаптации состоит в последова тельном изменении коэффициента передачи усилителя 8, с целью приближения знаменателя 1 р.-(l+oCj) у геометрической прогрессии (11) к нулю При этом используется следукяцее пра вило. Если Величина погрешности oig все тракта измерения такова, что знамен тель ( больше нуля, то как следует из выражения (11) 2„-2„(Чг„-1,), (12) при всех значениях и (на всех итерациях ) и имеет место знакопостоянная сходимость. Если величина погрешности oij всег тракта измерения такова, что знаменатель « меньше нуля, то как следуе из (12) имеет место знакопеременная сходимость ( так как( при ,4,6,( ,3.5. ...-). В соответствии с описанным прави лом в устройстве для осуществления адаптации проводятся циклически следуницие операции. ( в режиме адаптации ключ 13 всегда замкнут). Первый такт. В начале первой итерации .устройства код ZQ с выхода счетчика 18 переписывается в вычитающий счетчик 20. К моменту завершения первой итерации в вычитающем счетчике 20 записана разность кодов (2о-%(). Знак разности (импульс Переполне-.: ние счетчика 20) записан в Т-тригЬгере 23, выполняющем функции одно1входового сумматора по mod 2. Второй такт. В начале второй ите-г рации устройства код 2 с выхода счетчика 18 переписывается в вычитающий счётчик 20. К моменту завершения второй итерации в вычитающем счетчике 20 записана разность кодов (2,,). Знак разности (Zt-Zg) (импульс Переполнение), воздействуя на счетный вход Т-триггера 23, суммируется по mod 2 со знаком предыдущей разности (Zo-2|) записанным в первом такте. Если Т-триггер 23 находится после этого в нулевом состоянии, то знаки разностей (Zo-Z) и (,-7.,} совпадают, имеет место знакопостоянная сходимость, т.е.(0. Формирователь 22 импульсов сформирует импульс, который увеличивает на единицу содержимое счетчика 19, соответственно этому коэффициент передачи у усилителя 8 увеличивается на заданную малую величину Л , а знаменатель прогрессии j l-(l+eij) уменьшается, приблизившись к нулю. Если Т-триггер 23- находится в единичном состоянии, то знаки.разностей (ZQ-Z,) и (2,-%2) не совпадают, .место знакопеременная сходимость, T.o.. Формирователь 21 импульсов формирует импульс, который уменьшает на единицу содержимое счетчика 19. Соответственно этому коэффициент передачи ; у усилителя 8.уменьшается на uj , а знаменатель прогрессии q l - ( )У1 увеличивается, приблизившись к нулю. На этом цикл процесса адаптации завершается. Дальнейшие циклы адаптации протекают полностью аналогично описанному. В результате коэффициент передачи усилителя 8, постепенно изме- : няясь, достигает такого значения ( .У при котором {| г о , а быстродействие и точностьустройства максимальны. Таким образом, устройство обе.спечивает точное измерение R благодаря коррекции систематических погрешностей узлов и блоков устройства; повышение быстродействия устройства за счет автоматической настройки

коэффициента передачи усилителя, что позволяет оптимизировать быстродействие устройства, сводя требуемое количество циклов (итераций) к минимально возможной величине, равной 1.

ЦИФРОВОЙ ОММЕТР по авт. ев. СССР 1046707, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении заданной точности измерения, в него введены усилитель с изменяемым коэффициентом передачи, реверсивный и вычитающий счетчики-. Т-триггер, два формирователя импульсов, четвертый ключ, причем вход вычитающего счетчика через четвертый ключ соединен с входом счетчика аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с установочным входом вычитающего счетчика, выход которого соединен со счетным входом Т-триггера, прямой и инверсный выходы которого через формирователи импуль сов соединены соответственно с входами вычитания и сложения реверсивного счэтчика, еыход которого соединен с управляющим входом усилителя с изменяемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, (П а выход - с входами первого и второго ключей.