Цифровой вольтметр Советский патент 1987 года по МПК G01R19/25 

133

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения постоянных напряжений высокоомных источников в условиях воздействия помех.

Цель изобретения - повьшение точности измерения за счет устранения влияния изменений внутреннего сопро

тивления источника сигнала и нелиней- ю 9 подключены соответственно к первоности преобразователя напряжения в интервал времени.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого вольтметра; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления.

Цифровой вольтметр содержит первый и второй источники 1 и 2 эталонного напряжения, вход 3, первый и второй масштабные преобразователи 4 и 5, пер яый 6, второй 7 и третий 8 переключатели полярности, третий масштабный преобразователь 9, генератор 10 импульсов, интегрирующий аналого-вре- менной преобразователь 11, селектор 12, вычислительный блок 13, блок 14 управления, источник 15 опорного напряжения, четвертый переключатель 16 полярности и блок 17 индикации.

Цервый подвижный контакт переключателя 6 подключен к первому входу преобразователя 9, второй подвижный контакт - к первому подвижному контак ту переключателя 7, второй подвижный контакт которого соединен с первьм подвижным контактом переключателя 16, второй подвижный контакт которого соединен с вторым входом преобразователя 9. Выходы источника 1 подключены к входам преобразователя 4, выходы которого соединены с неподвижными контактами переключателя 7. Выходы источника 2 подключены к входам преобразователя 5, выходы которого соединены с неподвижными контактами переключателя 16. Выходы третьего масштабного преобразователя 9 соединены с первым и вторым входами преобразователя 11, выход которого соеди- нен с первым входом селектора 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 10, а выход - с входом блока 13, информационный выход которого соединен с входом блока 17. Выходы источника 15 подключены к неподвижным контактам переключателя 8, первый подвижный контакт которого соединен с общей шиной, а второй

подвижный контакт - с третьим входом преобразователя 11.

Уггравляющие входы преобразователя 11, селектора 12, вычислительного блока 13, блока 17 индикации, первого 6, второго 7, третьего 8 и четвертого 16 переключателей полярности, масштабных преобразователей 4, 5 и

0

14

5

му - одиннадцатому выходам блока управления, первый вход которого соединен с выходом полярности преобразователя 11, а второй - с управляю- 5 щим выходом блока 13.

Блок 14 управления (фиг. 2) содержит генератор 18 тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И 19, второй вход которого подключен к второму входу блока 14, а выход - к счетному входу счетчика 20 импульсов, выходы которо- Г о соединены с входами постоянного запоминающего устройства 21, первый - седьмой выходы которого подключены к пятому, шестому, восьмому, второму, третьему, четвертому выходам блока 14. Элемент 22 задержки включен между выходом генератора 18 и первым в.ыходом блока 14. Формирователь 23 импульсов включен первым входом блока 14 и седьмым выходом блока 14. Входы формирователей 24, 25 и 26 импульсов соединены с вторым входом блока 14, а выходы - с девятым, десятым и одиннадцатым выходом блока 14 соответственно.

Цифровой вольтметр работает следующим образом.

По сигналу блока 14 управления коэффициенты передачи масштабных преобразователей 4 и 5 устанавливаются минимальными, при которых эталонные на0

5

0

пряжения на их выходе U ,

5

0

будут минимальными, где К . .- коэффициенты передачи мас01

Uo.

К,; .

штабных преобразователей 4, 5-, Е

Egj - выходные напряжения первого 1 и второго 2 источников эталонного напряжения соответственно. Цри этом переключатели 6, 7 и 8 полярности включаются в положение, когда на вход масштабного нреобразователя 9 поступает напряжение

(.).Ri

RX о.ог

аЧЕ,

Uc, + и„. ),

где Е - измеряемое напряжение;

R - внутреннее сопротивление источника измеряемого напряжения, подключаемого к входу 3 вольтметра внутренние сопротивления преобразователей Д и 5 по отношению к неподвижным контактам переключателей IQ 7 и 8;

R - входное сопротивление преобразователя 9,

, ,, . U. -ь

а,КЗ. .

К ,R

01

где Uj.

02

i5AlEoi K L +Eo2 K,)Rv

R.,

о(Е,-ьК,,. Е„,,,Е„, ) - d(E и„, + Uo, ),

oii 02 Е(,К21 .

(V

RN

15

R +RO, -bRci+R.

В процессе осуществления приведенных операций удается выбрать значения э алонных мер U, и U. , соизмеримых со значением измеряемо1 величины Е .

Цикл измерения состоит из шести

тактов. В первом такте переключате- вход интегрирующего аналого-временно- on л -, г,

. ли о, 7 и о полярности установлены

го преобразователя 11 поступает напряжение, равное приблизительно 1/4

рабочего диапазона. Это определяется „

На вход преобразователя 11 постуМасштабный преобразователь 9 включается в положение, при котором на

в положение, при котором источники Е, и , и (J2 j включены согласно.

и,,по коду, получаемому на выходе селектора 12:23

N, а„+а,Кз, o;u,-fa,K2. .. зиз,

где ау,а,а,а - коэффициенты передаточной функции. 20

Выбором значения коэффициента пе- где К. ,Rj. редачи К , масштабного преобразователя 9 изменяем значение N до получения соотношения N 4 Nycr , где значение кода, равного 1/4 диапазона преобразования N преобразователя 11, селектора 12 и генератора 10 импульсов; N - значение кода на выходе селектора 12 при максимально допустимом значении напряжения на входе преобразователя 1 1 .

После этого производится изменение.

значения коэффициента К. преобразования масштабного преобразователя 4

для получения значения эталонного Отсюда напряжения U ,,,. ,;, приводящего к получению кода числа 2N :U,,.

пает напряжение

(E,,.,-bn,j(b-5Oil

02 i

R +R

,,..+R.. +R,. -ь -Ь-5- -

02

R,, +RV

35

-эквивалентные параметры преобразователя 9, представленного в виде делителя напряжений с сопротивлениями R . и. IL.-,

-входное сопротивление преобразователя 11}

40

Vi

R.,,+Ro2 R2;- v

О/СЕ, -t-Uo,,--t-Uoj,.),

N,2N,,K,,rfU,. .U, +

+ a, КЗ,. .3 из.

где и,,

(ExiKj,)Rv

,

«c(E,-hK,.

+ и„ ) (E,+U,.,,).

После этого осуществляется изменение коэффициента К преобразователя 5 для получения приращения кода NJ на величину 2N.J :

, ,, . U. -ь

а,КЗ. .

Uj.

i5AlEoi K L +Eo2 K,)Rv

R.,

о(Е,-ьК,,. Е„,,,Е„, ) - d(E и„, + Uo, ),

oii 02 Е(,К21 .

15

„

в положение, при котором источники Е, и , и (J2 j включены согласно.

и,,напряжение

(E,,.,-bn,j(b-5Oil

02 i

R +R

,,..+R.. +R,. -ь -Ь-5- -

02

R,, +RV

К. ,Rj.

-эквивалентные параметры преобразователя 9, представленного в виде делителя напряжений с сопротивлениями R . и. IL.-,

-входное сопротивление преобразователя 11}

где К. ,Rj.

Vi

R.,,+Ro2 R2;- v

О/СЕ, -t-Uo,,--t-Uoj,.),

Во втором такте измерения переклю- 50 чатели 6, 7 и 8 полярности переводятся в противоположное состояние, при .котором на вход преобразователя 11 поступает напряжение

55

Ui,

- о/(Е, и„,и,,,).

В третьем такте по сравнению с первым тактом переключатель в переводится в противоположное состояние.

51337792

При этом на вход преобразователя 1 1 в каждом из тактов измерения посредством переключателя 16 полярности - блок 14 управления подает на вход преобразователя 11 напряжение U, источника 15 необходимой полярности. В четвертом такте переключатели

6, 7 и 8 переводятся в противополож- Функция преобразования преобразова- мое состояние по сравнению с состоя- теля 11 описывается полиномом вида нием в третьем такте. На вход преобпоступает напряжение

и,, - о(Е, +Uo,,-Uo7)10

разователя 11 поступает напряжение и. . -(Е, ,,,-и„/).

10

t а + .

Поэтому после преобразований U,,. , Uji , и,,- , и. , Uj. , g, получим сис- В пятом такте измерения переключа- с тему отсчетов: тели 6. 7 и 8 полярности переводятся

в положение, при котором на вход пре- N f t, f (, , UJ. . ); образователя 11 поЬтупает напряжение

N,f,,(a,+a,U, +а,. -f ); 5,- - (Е, - и,,.+ и„,).

(а,+а,из; -ьа.и, +а,из, ); В шестом такте переключатели 6, 7

и 8 переводятся в положение, при ко- (, U + a,,U. +3,11 тором на вход преобразователя 11 поступает напряжение 25

и,,--- (Е, -и„,,и„,,)

В зависимости от полярности напряжений и,. , Uj; , U},- , , Uj, , Ue, .

EX

.,UNi+N J z(N3.lN4)

UO,JCN,+N)-(NJ+N,)J - u,; (н,+ы,)-Ты5+ы, )f

Ha основании известных значений Up. , Ugjj операция определения E „ выполняется в вычислительном блоке 13

Блок 14. управления работает следующим образом.

В процессе выбора значений опорных напряжений U;,,,- и . сигналом с выхода блока 13 закрывается элемент И 19 и устанавливаются разные коэффициенты передачи К,- и Kj, масштабных преобразователей 4, 5 и 9. Для этого введены формирователи 24, 25 и 26, которые служат для связи цифровой и аналоговой частей вольтметра. Формирователь 23 введен для управления положением переключателя 16 полярности. При выбранных значениях эталонных напряжений U и Upj соизмеримых с Е, , на вход элемента И 19 поступает сигнал, открывающий этот элемент. Поэтому первый следующий импульс с выхода.генератора 18 переводит счетчик 20 в единичное состояние. Код на выходе счетчика 20 управляет работой постоянного за Функция преобразования преобр теля 11 описывается полиномом ви

10

t а + .

N,f ot,f,(a,+a,U,.. a.U );

Так как U,.-U,. ; .-l,-; , получаем зависимость

поминающего устройства 21, в котором хранятся необходимые сочетания состояний переключателей 6, 7 и 8 и сигналов управления селектором 12, блоками 13 и 17. С некоторой задержкой

с выхода элемента 22 задержки на вход запуска преобразователя 11 поступает импульс Запуск. По окончании шести тактов измерения в седьмом такте на в.ход блока 13 поступает сигнал Обработка, определяется значение измеряемой величины и выдается сигнал на блок 17 индикации.

Таким образом, предлагаемый цифровой вольтметр позволяет повысить

точность измерений напряжения при изменении внутреннего сопротивления источника напряжения в широком диапазоне значений и при наличии коэффициентов третьего порядка в функции

преобразования преобразователя напряжения в интервал времени. Формула изобретения Цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединённые аналого

временной преобразователь, селектор, вьгчислительный блок и блок индикации, входы управления которых соответственно соединены с первым, вторым, третьи и четвертым выходами блока управления к второму входу селектора подключен выход генератора импульсов, первый переключатель полярности, неподвижные контакты которого соединены с входами устройства, вход управления соединен с пятым выходом блока управления, второй подвижный контакт - с первым подвижньсм контактом второго переключателя полярности, вход управления ко торого подключен к шестому выходу блока управления, седьмой выход которого соединен с входом управления третьего переключателя полярности, первый подвижный контакт которого подключен к общей шине, второй подвижный контакт - к входу аналого-вре- менного преобразователя, а неподвижные контакты соединены с выходами источника опорного напряжения, и первый источник эталонного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй источник эталонного напряжения, первый, второй и третий масштабные преобразователи и четвертый переключатель полярности, вход управления которого соединен с

0

5

восьмым выходом блока управления, первый подвижный контакт - с вторым подвижным контактом второго переключателя полярности, неподвижные контакты подключены к выходам второго масштабного преобразователя, а второй подвижный контакт соединен с вторым входом третьего масштабного преобразователя, первый вход которого подключен к первому подвижному контакту первого переключателя полярности, а выходы соединены с первым и вторым входами аналого-временного преобразователя, выход полярности которого соединен с первым входом блока управления, причем выходы второго источника эталонного напряжения соединены со входами второго масштабного преобразователя, а выходы первого источника эталонного напряжения подключены к входам первого масштабного преобразователя, выходы которого соединены с неподвижными контактами второго пере- 5 ключателя полярности, причем выходы управления первого, второго и третьего масштабных преобразователей соединены соответственно с девятым, десятым и одиннадцатьм выходами блока управления, второй вход клторого подключен к управляющему выходу вычислительного блока .

0

0

Изобретение позволяет повысить ТОЧНО ь измерения вольтметром в усвс содержит источник 1 эталонного напряжения, масштабный преобразователь 4, перек гючатели 6-8 полярности, генератор 10 импульсов,интегрирующий аналого-временной преобразователь 11, селектор 12, вычислительный блок 13, блоки 14 и 17 управления и индикации и источник 15 опорного напряжения, Введение источника 2 эталонного напряжения, масштабных преобразователей 5 и 9 и переключателя 16 полярности устраняет влияние изменения внутреннего сопротивления источника сигнала и нелинейности преобразователя напряжения в интервал времени. Ф/уг/

Фиг. 2