Цифровой экстремальный мост переменного тока Советский патент 1988 года по МПК G01R17/10 

(Л

оо о ел ас

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при построении цифровых мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивлений.

Цель изобретения - повышение быстродействия цифрового экстремального

тора 8 равновесия и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ Т8, выход которого подключен, к третьему входу второго счетчика 11.

Мост работает следующим образом.

При включении генератора 1 на выходе делителей 2 и 5 напряжения возникает измерительное напряжение, ко

Изобретение относится к электри- ческим измерениям. Цель изобретения повышение быстродействия устройства. Цифровой экстремальный мост содержит генератор 1, делители 2 и 5 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4, избирательный усилитель 7, детектор 8 равновесия, счетчики 9 и 11, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 запуска, пороговый элемент 14, элемент И 15 и генератор 16 тактовых импульсов. Введение инвертора 17, элемента ИЛИ-НЕ 18 и образование новых функциональных связей уменьшают количество рабочих тактов, необходимых для выбора поддиапазона измерений, что повышает быстродействие устройства на 50%. 1 ил.

моста переменного тока за счет умень- ю торое, воздействуя на образцовую кашения количества рабочих тактов, необходимых для выбора поддиапазона измерений.

На чертеже представлена структурная схема цифрового экстремального моста переменного тока, содержащего генератор 1, делитель 2 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4, делитель напряжения, обьект 6 измерения, избирательный усилитель 7, детектор 8 равновесия, первый счетчик 9, элемен ИЛИ 10, второй счетчик 11, триггер 12, блок 13 запуска, пороговый элемент 14, элемент И 15, генератор 16 тактовых импульсов, инвертор 17, эле мент ИЛИ-НЕ 18. Выход генератора 1 через делители 2 и 5 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4 и объект измерения подключен к избирательному усилителю 7, а выход усилителя 7 - к входу детектора 8 равновесия и входу порогового элемента 14, выход детектора 8 равновесия подключен к входу первого счетчика 9, а также к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 18 и к первому входу элемента И 15, потенциальные выходы счетчика 9 подключены к входам управления первого делителя 2 напряжения, импульсный выход счетчика 9 через элемент ИЛИ 10 подключен к первому входу счетчика 11, потенциальные выходы которого подключены к входам управления делителя 5 напряжение, первый (S) вход триггера 12 подключен одновременно к выходу блока 13 запуска и второму входу счетчика 11, второй (R) вход триггера 12 подключен к выходу порогового элемента 14, второму входу элемента И 15 и входу инвертора 17, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ 18, прямой выход триггера 12 подключен к входу управления ключа 4 а инверсный выход - к четвертому входу элемента ИЛИ-НЕ 18, пятьш вход последнего - к выходу элемента И 15 и второму входу элемента ИЛИ 10, выход генератора 16 тактовых импульсов подключен к тактирующему входу детек

меру 3 и объект 6 измерения, создает в цепи каждого из этих элементов токи, которые взаимно вычитаются во входной цепи избирательного усилителя 7, усиливаются им и поступают на вход детектора 8 равновесия. Последний вырабатьшает управляющие воздействия для счетчиков 9 и 11, которые связаны с делителями 2 и 5 напряжения

При делителя 5 напряжения осуществляется выбор необходимого поддиапазона измерений, а при помощи делителя 2 - уравновешивание измерительной цепи внутри выбранного поддиапазона.

В начале измерения, т.е. в начале выбора поддиапазона измерений ИМПУЛЬС запуска, создаваемый при помощи блока 13 запуска (при нажатии кнопки Пуск моста) , переводит счетчик 1J в исходное состояние, при котором в мосте устанавливается поддиапазон измерения, соответствующий максимальному значению измеряемой проводимости

и минимальному значению напряжения на объекте 6 измерения. Этот же импульс устанавливает триггер 12 в состояние 1. При этом ключ 4 размыкается и отключает образцовую меру

3 от входа избирательного усилителя 7, выходное напряжение которого в этом случае определяется значением проводимости объекта 6 измерения и состоянием делителя 5 напряжения.

При этом возможны две измерительные ситуации.

При первой ситуации значение проводимости объекта 6 измерения таково, что выходное напряжение избирательного усилителя 7 не превьш1ает порог

чувствительности детектора 8 равновесия и уровень срабатьшания порогового элемента 14. Эта ситуация является условием, при котором на выходе порогового элемента 14 устанавливается потенциал 1, а на выходе детектора 8 равновесия - потенциал О. В этом случае тактовые импульсы, создаваемые генератором 16, через элемент

313

ИЛИ-НЕ 18 проходят на третий вход счетчика 11 и изменяют его состояние на две единицы (это реализуется путем подачи импульса на счетный вход второго разряда счетчика 11). Такое управление счетчиком 11 приводит к изменению состояния делителя 5 напряжения и установлению поддиапазона измерений с номером N i + 2, где i - номер ранее включенного поддиапазона измерений, т.е. выбор поддиапазона измерений осуществляется шагом, пропорциональным двум поддиапазонам измерений. Далее изменение состояния счетчика 11, делителя 5 напряжения происходит до тех пор, пока выходное напряжение избирательного усилителя 7 не превысит порог чувствительности детектора 8 равновесия и далее - уровень срабатывания порогового элемента 14, что соответствует выбору необходимого (рабочего) поддиапазона измерений.

Вторая ситуация соответствует такому состоянию выбора поддиапазона измерений, при котором выходное напряжение избирательного усилителя 7 превышает порог чувствительности детектора 8 равновесия, но ниже уровня срабатывания порогового элемента 14. В этом случае сформированный на выходе детектора 8 равновесия положительный импульс, проходит через открытый элемент И 15 на пятый вход элемента ИЛИ-НЕ 18, закрывает этот элемент для прохождения тактовых импульсов генератора 16 и далее поступает на первый вход счетчика 11, из

меняя тем самым состояние счетчика 11 на единицу, что влечет за собой включение последующих поддиапазонов измерений и продолжается до тех пор, пока выходное напряжение избирательного усилителя 7 не превысит уровень срабатывания порогового элемента 14. При срабатьшании порогового элемента 14 на его выходе устанавливается потенциал О, что приводит к опрокидыванию триггера 12, в результате чего элементы И 15 и ИЛИ-НЕ 18 закрываютс и выбор поддиапазонов измерений приостанавливается, ключ 4 переходит в состояние Открыто и мост переходит на уравновешивание внутри выбранного рабочего поддиапазона измерений. Аналитически условие выбора N-ro поддиапазона в цифровом мосте можно представить следующим образом:

и

UU

М

(1)

5

0

где и

ty

выходное напряжение избирательного усилителя 7, соответствующее рабочему поддиапазону;

выходное напряжение избирательного усилителя 7, соответствующее верхней границе его динамического диапазона;

М - число, характеризующее динамический диапазон избирательного усилителя (для цифровых экстремальных мостов это число, как правило выбирается равным 20). С учетом того, что в процессе выбора поддиапазона измерения происходит изменение коэффициента делителя 5 в К раз, выражение (1) примет вид

и,

и

иу Umax

(2)

Из анализа выражения (2) следует, что при установке порога чувствительности Р детектора 8 равновесия моста, равного значению

Р

0,05 20

приращение выходного напряжения избирательного усилителя 7 в процессе выбора рабочего поддиапазона, т.е. при переходе от поддиапазона с номером i - 1 к i-му поддиапазону при N-it2, меньше порога чувствительности детектора 8 равновесия, а последующее включение поддиапазона с номером i+2 не приводит к превышению динамического диапазона избирательного усилителя. Отсюда следует, что

выбор поддиапазона измерений может осуществляться шагами, пропорциональными двум поддиапазонам измерений.

Таким образом, благодаря введению в структуру цифрового моста логического инвертора и элемента ИЛИ-НЕ его быстродействие увеличивается. Если для выбора поддиапазона измерений в известных мостах требуется N рабочих тактов, то в данном цифровом мосте необходимо затратить N/2+1 рабочих тактов, что в общем случае повышает быстродействие на 15-20%.

Формула изобретения

Цифровой экстремальный мост переменного тока, содержащий генератор, выход которого через последовательно соединенные первый делитель напряжения, образцовую меру и ключ подключен к первой клемме для подключения объекта измерения и к входу избирательного усилителя, выход которого подключен к входу детектора равновесия и через пороговый элемент - к R-входу триггера, первый и второй счетчики, выход первого счетчика через элемент ИЛИ подключен к первому входу второго счетчика, потенциальные выходы первого и второго счетчиков соединены с входами управления первого и второго делителей напряжения соответственно, выход второго делителя напряжения соединен с второй клеммой для подключения объекта измерения, а его вход - с выходом генератора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с

управляющим входом детектора равновесия, выход которого подключен к входу первого счетчика, прямой выход триггера соединен с входом управления ключа и первым входом элемента И, блок запуска, выход которого соединен с S-входом триггера и вторым входом второго счетчика, выход элемента И соединен с вторым входом эдр- мента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены инвертор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход порогового элемента через инвертор подключен к второму входу элемента.ИЛИ-НЕ и непосредственно к второму входу элемента И, третий вход которого соединен с выходом детектора равновесия и с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ, четвер- тьй вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с инверсным выходом триггера, пятый - с выходом элемента И, а выход - с третьим входом второго счетчика.