Устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты Советский патент 1985 года по МПК G01R19/04 

1 Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты. Известно устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты, содержащее вольтметр, вход которого чере ключ подключен к входу устройства, соединенному также с входом нуль-о гана, первый выход которого подклюV Л чен К;-входу генератора импульсов, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, управляющий вход которого подключен к второму выходу нуль-органа, а выход к управляющему входу ключа (I Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты при наличии постоянной составляющей напряжения, а также невозможность определения е наличия в измеряемом напряжении. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты, содержащее компаратор, пер вый вход которого соединен с входно клеммой устройства и входом аналого цифрового преобразователя, второй вход - с источником нулевого потенциала, а выход - с управляющими вхо дами первого и второго реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с входами элемента сравнения, выход которого подключен к управляю щему входу запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к выходной клемме устройства, генератор импульсов, выход которого подключен к входу первого счетчика и через делитель частоты на два - к входу второго счетчика 2. Недостатком данного устройства является невысокая точность измереьгая амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты при наличии постоянной составляющей напряжения, а также невозможность опреде ления ее наличия в измеряемом напря жении. Цель изобретения - повышение точности измерения при наличии в из меряемом напряжении постоянной сос4тавляющей и обеспечение возможности определения наличия постоянной составляющей и ее знака в измеряемом напряжении. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения амплитуды синусоидального напряжения низкой частоты, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, а второй - с источником нулевого потенциала, первый и второй реверсивные счетчики, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, и генератор импульсов, введены счетный триггер, логический элемент НЕ, четьфе логических элемента И, логический элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, сумматор, первый и второй регистры и блок индикации, причем выход компара тора соединен с первым входом первого логического элемента И, входами логического элемента НЕ и счетного триггера, выход которого соединен с входом генератора импульсов и управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков, счетный вход последнего соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами второго и первого логических эле- ментов И, выход последнего соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом первого элемента задержки,и первым входом логического элемента ИЛИ, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами четвертого и третьего элементов И, второй вход последнего соединен с выходом первого элемента задержки, а выход - с входом первого регистра, выход которого соединен с первым входом блока индикации, первым входом элемента сравнения и вторым входом сумматора, выход второго реверсивного счетчика соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и входом второго элемента за.держки, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соедиjHeH с входом второго регистра, выход

второго регистра соединен с вторым входом блока индикации и вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с третьим входом блока индикации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит компаратор 1, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, второй вход - с источником нулевого потенциала, а выход - с входом счетного триггера 2 и входом элемента НЕ 3, генератор 4 импульсов, вход которого соединен с выходом триггера 2, а выход - с вторыми входами логических элементов И 5 и 6, выходы которых соединены соответственно со счетными входами реверсивных счетчиков 7 и 8, выходы переносов которых соединены с входами логического элемента ИЛИ 9, вход триггера 2 соединен с первым входом элемента ИЗ, а выход - с управляющими входами счетчиков 7 и 8, выход элемента НЕ 3 соединен с лервым входом элемента И 6, выходы переносов счетчиков 7 и 8 соединены соответственно с входами элементов 10 и 11 эадержки, ана лого-цифровой преобраэователь (АЦП) 12, вход которого соединен с входной клеммой устройства, вход запуска -. с выходом элемента ИЛИ 9, а выход - с первым входом сумматора 13 выход которого соединен с первыми входами логических элементов И 14 и 15v вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов 10 и 11 эадержки, а выходы - с входами регистров 16 и 17, выход регистра 16 сое цинен с вторым входом сумматора 13, первым входом блока 18 индикации, к второму входу которого подключен выход регистра 17, и первым входом элемента 19 сравнения, к второму входу которого подключен выход регистра 17, а к выходу - тре.тий вход блока 18 индикация.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое напряжение и поступае на компаратор 1 и аналого-цифровой

преобразователь 12. На другой вход компаратора 1 поступает нулевой потенциал. В момент перехода и„ чере нуль напряжение на выходе компаратора и изменяется: во время положительной части синусоиды U равно напряжению 1, а во время отрицательной части синусоиды - напряжению О Импульсы с выхода компаратора 1 поступают на вход счетного триггера 2, I состояние которого изменяется по фронту импульсов и. Следовательно, в течение первого и последующих не|Четньгх периодов входного напряжения Ugjj напряжение 1 на выходе счетного триггера равно напряжению 1, а в течение второго и последующих четных периодов - напряжению О. Напряжение 1, поступая на управляющие входы реверсивных счетчиков 7 и В, подготавливает их для сложения импульсов, поступающих на их счетные входы, поступая на вход генератора 4, включает в нем делительный каскад, так что импульсы с образцовой частотой f во время первой (и последзпощих нечетных) положительной части синусоиды напряжением U с выхода компаратора пропускаются через логический элемент И 5 на счетный вход реверсивного счетчика 7. .

Во время первой (и последующих нечетных) отрицательной части си- . нусоиды напряжением U, с выхода логического элемента НЕ 3 импульсы с частотой f пропускаются через логический элемент И 6 на счетный вход реверсивного счетчика 8. Во втором периоде входного напряжения в момент перехода через нуль возрастающего Ug фронтом U счётный триггер 2 переключается так, что на его выходе устанавливается напряжение О, которое настраивает реверсивные счетчики 7 и 8 на вычитание, а в генераторе 4 отключает делительный каскад, так что на счетный вход реверсивного счетчика 7 во время четных положительных, а на счетный вход реверсивного счетчика 8 во время четных отрицательных частей синусоиды поступают импульсы с частотой 2f, которые вычитаются из записанных там чисел, пропорциональных длительностям соответственно положительной и отрицательной частей предьщущего периода синусоиды.

Ввиду того, что вь читание производится с вдвое большей частотой, а форма положительной и отрицательной частей синусоиды симметрична относительно своих максимумов, обнуление реверсивных счетчиков происходит в моменты времени, соответствующие серединам положительной и отрица:тельной частей синусоиды, когда входное напряжение достигает экстремальных значений U и U.. В эти моменты на выходах переносов реверсивных счетчиков 7 и 8 формируются импульсы через логический эле(мент ИЛИ 9j запускающие А1Щ 12. Первый из них (с выхода реверсивного счетчика 7) запускает А1Щ 12 в момент, когда напряжение Ug на его информационном входе достигает экстре 1ального значения ,, .

Двоичный код напряжения выхода А1Щ 12 поступает на сумматор 13, где складывается с нулем, поскольку на другой вход сумматора поступает информация с предварительно обнуленного регист ра 16. Импульс с реверсивного счетчика 7 через элемент 10 задержки поступает на логический элемент И 14, разрешая запись в регистр 16 двоичного кода напряжения и . Импульс с выхода реверсивного счетчика 8 запускает АЦП 12 в момент когда напряжение и„ на его информационном входе достигает экстремального значения U,. Двоичный код напряжения Уд. с выхода АЦП 12 складывается на сумматоре с кодом U, хранящимся на регистре 16, Полученная сумма и + и тем же импульсом с реверсивного счетчика 8 через время f, равное задержке распространения сигнала через элемент 11 задержки, пропускается через логически элемент И 15 для запоминания на регистре 17. Для того, чтобы в регистре 1 7 получить амплитудное значение переменной составляющей синусоидального сигнала, равное , передача информации из сумматбра 13 в регистр 17 производится со сдвигом на 1 разряд в сторону младших разрядов кода, что эквивалентно делению полученной суммы на два. Для riopмального функционирования устройства длительность задержки распространения сигналов через элементы 10 и 11 задержки должны быть не менее суммарного времени преобразования сигнала аналого-цифровым преобразователем 12 и задержки распространения сигнала через логический элемент liJIH 9 и сумматор 13. Кроме того, перед каждым измерением реверсивные счетчики 7 и 8, регистр 16 и счетный триггер 2 должны быть обнулены. Для определения наличия пес -олниой составляющей и ее знака информация с регистров 16 и 17 подается на элемент 19 сравнения. Если содержимое регистров равно по величине, то постоянная составляющая отсутствует. Если содержимое регистра 16 U бoльшe

содержимого регистра 17 .то

2.

постоянная составляющая отрицательна, если же содержимое регистра 16 меньше содержимого регистра. 17, то постоянная составляющая положительна Регистры 16 и 17, а также 19 сравнения связаны с блоком индикации для визуального наблюдения за амплитудой синусоидального напряжения, амплитудой положительной части синусоиды и результатом их сравнения. Величина постоянной составляющей может быть определена как разность показаний регистров 16 и 17. .

Устройство позволяет повысить точность измерения амплитуды синусоидального напряжения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей, а также определять факт наличия и знак постоянной составляющей в измеряемом напряжении.

г

€

J

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с входной клеммой устройства, а эторой - с источником нулевого потенциала, первый и второй реверсивные счетчики, элемент сравнения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с входной клеммой устройства, и генератор импульсов, отличающееся тем, что с целью повьппения точности измер-ения при наличии в измеряемом напряжении постоянной составляющей и обеспечения возможности определения наличия постоянной составляющей и ее знака в измеряемом напряжении, в него введены счетньм триггер, логический элемент НЕ, четыре логических элемента И, логический элемент ИЛИ, первый и второй элементы задержки, сумматор, первый и второй регистры, блок индикации, причем выход компаратора соединен с первым входом первого логического элемента И, входами логического элемента НЕ и счетного триггера, выход которого соединен tSfc СК- :- Я(,. (У и. с входом генератора импульсов и управляюпщми входами первого и второго реверсивных счетчиков, счетный вход последнегЪ соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом логического элемента НЕ, выход генератора импульсов соеди.нен с вторыми входами второго и первого логических элементов И, выход последнего соединен с информационным входом первого реверсивного счетчика, вьгход которого со&.динен с входом первого элемента заi держки и первым входом логического элемента ИЛИ, выход логического эле(Л мента ИЛИ соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход KOTOpoi o соединен с. первым входом сумматора, выход сумматора соединен с первыми входами четвертого и третьего элементов И, второй вход последнего соединен с вывыходом первого элемента задержки, а выход - с входом первого регистра, 00 Од выход которого соединен с первым входом блока индикации, первым входом элемента сравнения и вторым входом 4 сумматора, выход второго реверсивного счетчика соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ и . входом второго элемента задержки, выход которого соединен с вторым входам четвертого элемента И, выход четвертого элемента И соединен с входом второго регистра,выход второго регистра соединен с вторымвходом блока индикации и вторым входом элемента сравнения,выход которого соединен с третьим входом блока индикации.