Цифровой вольтметр Советский патент 1989 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для построения цифровых вольтметров с преобразованиями напряжение частота, содержащих индуктивности и варикапы.

Целью изобретения является повышение точности за счет снижения влияния нелинейности преобразователя напряжение - частота.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового вольтметра на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Цифровой вольтметр содержит входной делитель 1, коммутатор 2, усилитель 3 постоянного тока, преобразователь 4 напряжение - частота, импульсный трансформатор 5, три эле- мента И 6-8, два счетчика 9 и 10, формирователь 11 импульсов опроса, четвертый формирователь 1 2 импульсов, формирователь 13 импульсов, дели тель 14 частоты, два триггера 15 и 16, формирователь 17 импульсов сброса, триггер 18, индикатор 19 полярности и перегрузки, блок 20 индикации, блок 21 выбора пределов, блок 22 управленияj формирователь 23 уп- равляющих импульсов, вычитателъ 24, счетчик 25, генератор 26 счетных импульсов, элемент И 27.

Преобразователь 4 напряжение - частота включает в себя генераторы 28 и 29, смеситель 30, входные зажимы 31-33.

Два входных зажима 31 и 32 цифрового вольтметра соединены с входом входного делителя 1, а его выходы через коммутатор 2 соединены с входами усилителя 3 постоянного тока, выход которого соединен с входом преобразователя 4 напряжение - частота, выходом связанного с первич ной обмоткой импульсного трансформатора 5, вторичная обмотка которого одним вьюодом соединена с общей шиной, а другим - с входом индикатора 19 полярности и перегрузки, первыми входами элементов И 6 и 7, вторые входы которых объединены и соединены с выходом триггера 15, входом установки единицы триггера 16 и счетным входом триггера 18, прямой выход ко- торого соединен с третьим входом элемента И 6, а инверсный выход триггера 18 соединен с входом установки нуля триггера 16 и третьим входом эл5

г

5

0

5

0 45 50 55мента И 7, своим выходом соединенного с впервым входом счетчика 10, второй вход которого соединен с вторым входом счетчика 9 и выходом элемента И 8, входы сброса счетчиков 9, 10 и 25 объединены и соединены с выходом формирователя 17 импульсов сброса, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера 16, первым входом элемента и 8 и первым входом блока

21выбора пределов, а второй вход формирователя 17 импульсов сброса соединен с выходом формирователя 13 импульсов и входом делителя 14 частоты, выход которого соединен с входом установки единицы триггера 15, вход установки нуля которого соединен с первым выходом счетчика 25, второй выход которого соединен с вторым входом блока 21 выбора пределов

и первым входом блока 20 индикации, второй вход которого соединен с выходом индикатора 19 полярности и перегрузки, а третий вход - с выходом формирователя 11 импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом счетчика 9 и вторым входом формирователя 12 импульсов, первый вход которого соединен с вторым входом формирователя 11 импульсов и выходом счетчика 10, выход формирователя 12 импульсов соединен с вторым входом элемента И 27, первый вход которого соединен с вторым входом элемента И 8 и выходом генератора 26 счетных импульсов. Выход элемента И 6 соединен с первым входом счетчика 9, выход блока 21 выбора пределов соединен с входом блока

22управления, вход формирователя 13 импульсов соединен с входным зажимом 32.

В преобразователе 4 напряжение - частота входы генераторов 28 и 29 объединены и являются входом преобразователя 4 напряжение - частота, а выходы соединены с соответствующими входами смесителя 30. Выходом преобразователя 4 напряжение - частота являются выходы смесителя 30. Выход элемента И 27 соединен с первым входом вычитателя 24, второй вход которого соединен с выходом формирователя 23 управляющих импульсов, а выход соединен с входом счетчика 25, третий выход которого соединен с входом формирователя 23 уп ра в л яющих имп уль с ов.

Формирователь 23 управляющих импульсов в частности может содержать счетный триггер 34, выход которого соединен с первым входом элемента И 35, выход которого через формирователь 36 соединен с выходом формирователя 23 управляющих импульсов, вход которого соединен с третьими выходами счетчика 25, который представляет собой информационную шину.

Вычитателъ 24 может содержать счетный триггер 37, вход установки единицы которого является первым входом вычитателя 24, второй вход которого соединен со счетным входом счетного триггера 37 и входом синхронизации 1К-триггера 38,Т-вход которого соединен с прямым выходом счетного триггера 37, вход установки единицы 1К-триггера 38 соединен с входом установки единицы счетного триггера 37, прямой выход 1К-тригге- ра 38 соединен с выходом вычитателя 24 .

Формирователь 12 формирует им- пульсы Частота - временный интервал ,1 формирователь 13 формирует импульсы частоты питающей сети, триггер J5 формирует импульсы Ворот, триггер 16 - измерительного цикла, триггер 18 формирует импульсы полуцикла. Зажим 33 соединен с шиной синхронизации частотой питающей сети.

Цифровой вольтметр работает следующим о б ра з ом.

Измеряемое напряжение через входной делитель 1, служащий для нормализации входного напряжения, посту - пает на коммутатор 2. Коммутатор 2 периодически изменяет полярность входного напряжения, которое поступает на вход усилителя 3 постоянного тока. С выхода усилителя 3 постоянного тока напряжение подается на преобразователь 4 напряжение - частота. При входном напряжении, равном нулю, на выходе преобразователя 4 напряжение - частота присутствует частота Ј0. Процесс измерения производится в два полуцикла.

В первый полуцикл измеряемое напряжение подается на вход преобразователя 4 напряжение - частота в одной полярности, а во второй полуцикл - в противоположной.

Повышение точности измерения достигается за счет коррекции нелинейности преобразователя 4 напряжение - частота, вызванной составляющими с нечетной степенью, кроме первой, функции преобразования. На выходе смесителя 30 имеем импульсы частотой (f0 + Afx) и (f0 - Afx) во время перQ вого и второго полуциклов соответственно. Преобразование частоты импульсов с частотой fx с выхода импульсного трансформатора 5 во временной интервал происходит следую5 шим образом. Импульсное напряжение частотой питающей сети поступает на формирователь 1 3 импульсов, выходные импульсы (фиг. 2а) которого поступают на вход делителя 14 частоты

0 формирователя 17 импульсов. Выходной сигнал делителя 14 частоты устанавливает в единичное состояние триггер 15 формирователя импульсов Ворот. При этом от генератора 26 счетных

5 импульсов через элемент И 27 и вычи- татель 24 начинают поступать импульсы в счетчик 25, при полном заполнении которого на первом выходе появляется импульс, которьй возвращает

Q в исходное состояние триггер I5 (момент времени t фиг. 2б). В момент времени t импульсом с выхода делителя 1 4 частоты триггер 15 снова устанавливается в единичное состояние, а в момент t возвращается в исходное.

Таким образом, на выходе триггера 15 имеются импульсы Ворот, первый фронт которых синхронизирован

Q сетью, а длительность определяется емкостью счетчика 25. В момент времени t, Ц срабатывает триггер 18 формирования импульсов полуциклов (фиг. 2в), выходные импульсы котос рого управляют работой коммутатора 2 и поступают на входы элементов И 6 и 7. Сюда же поступают импульсы Ворот и импульсы частотой fx (фиг.2е). На выходе элемента И 6 получают импульсы частотой (f0 + + Afx) во время первого полуцикла, которые поступают на счетчик 9. На выходе элемента И 7 получают импульсы частотой (f0 - Afj;) во время второго полуцикла, которые поступают на счетчик 10. За одинаковое время, равное длительности импульсов Ворот, в каждый из счетчиков 9 и 10 записывается разное количество импульсов.

5

514

Импульс с выхода триггера 16 формирования импульсов измерительного никла /фиг. 2г, момент времени t4 - t) разрешает прохождение импульсов че- рез элемент И 8 от генератора 26 счетных импульсов к гчетчикам 9 и 10. В момент t происходит полное заполнение счетчика 9, а в момент t - счетчика 10. Формирователь 12 импульсов срабатывает при яаполнении счетчиков 9 и 10 и формирует интервал времени, пропорциональный величине измеряемого напряжения. На это время через элемент И 27 и вычитателъ 24 в счетчик 25 поступает количество импульсов, пропорциональное измеряемому напряжению. Результат измерения поступает на блок 2Q индикации и блок 21 выбора пределов. Кроме этого на блок 20 ин- дикации поступает выходной сигнал индикатора 19 полярности и перегрузки и выходной сигнал формирователя 1 1 импульсов опроса, при помощи которых происходит индикация полярности и

результата измерений. Блок 21 выбора пределов по коду,( поступающему со счетчика 25, управляет блоком 22 управления, который включает необходимый предел измерения. В конце изме- рительного цикла на выходе формирователя 17 импульсов сброса формируется импульс сброса (фиг. 2д), который устанавливает в нулевое состояние все счетчики 9, 10 и 25.

В первый полуцикл в счетчик 9 записывается количество импульсов N, , которое равно N, - (f0 + fifx)T0, где Т0 - длительность импульса Ворот.

i

Во второй полуцикл в счетчик 1 О

записывается количество импульсов N , которое равно Н(Г0 -ufx)T0. Время t(, необходимое для полного заполнения счетчика 9, t, (N-N,)1, где N - полная емкость счетчиков 9 и 10J Тг - период следования импульсов генератора 27 .

Время tz, необходимое для полного заполнения счетчика 10, tz (N - N2)T2,

Тогда bt t - t, (N,, - N2)T2)

или At 2 AfxT0T2.

За время At (фиг.2ж и ), которое пропорпионалъное величине измеряемого напряжения Ux, в счетчик 25

386

должно поступить количество импульсов N}, равное N 2ДГ„Т0.

При входном напряжении Ux, равном конечному значению основного диапазона Uv, количество импульсов N3 NK

2 аксТс.

При некотором значении входного напряжения Ux, погрешность превышает единицу счета младшего разряда и в конечной точке шкалы при U Uk составляет п единиц счета. При помощи формирователя 23 управляющих импульсов и вычитателя 24 из количества импульсов Nfc вычитается п импульсов, и в третий счетчик 25 при Ux Uv поступает (Мц-п) импульсов. Вычитание импульсов производится, начиная

0 5 0 5

0 5

0

0

со значения U

55

«1

Диапазон от IL. до

U k разбит на участки по количеству импульсов. Количество импульсов на каждом участке определяется из выражения NK-n/n, при этом из количества импульсов Nk вычитается каждый (NK-n/n + 1) импульс. Таким образом, путем вычитания импульсов осуществляется линеаризация функции преобразования вольтметра.

Формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий входной делитель, два входа которого соединены с двумя входными зажимами соответственно, а выходы делителя через коммутатор и усилитель постоянного тока соединены с входом преобразователя напряжение - частота, два выхода которого соединены с двумя выводами первичной обмотки импульсного трансформатора соответственно, один вывод вторичной обмотки которого соединен с общей шиной, а другой вывод соединен с входом индикатора полярности и перегрузки, и первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом первого триггера, входом установки единицы второго триггера и счетным входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, инверсный выход третьего триггера соединен с входом установки нуля второго триггера и третьим входом второго элемента И,выход первого элемента И соединен с первым входом первого . счетчика, выход второго элемента И соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы первого и

второго счетчиков объединены и соединены с выходом третьего элемента И, входы сброса трех счетчиков объединены и соединены с выходом формирователя импульсов сброса, первый вход которого соединен с прямым выходом второго триггера и первыми входами блока выбора пределов и третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов и первым входом1 четвертого элемента И, второй вход формирователя импульсов сброса соединен с входом делителя частоты и выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен с третьим входным зажимом, выход делителя частоты соединен с входом установки единицы первого триггера, вход установки нуля которого соединен с первым выходом третьего счетчика, второй выход которого соединен с первым входом блока индикации и вторым входом блока выбора предела, выход которого соединен с входом блока управления, выход индикатора полярности и перегрузки соединен с вторым входом блока индикации, третий вход которого соединен с ВЬЕХОДОМ формирователя импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика и вторым входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый вход второго формирователя импульсов соединен с вторым входом формирователя импульсов опроса и выходом второго счетчика, отлич ающийс я тем, что, с целью повышения точности за счет снижения влияния нелинейности преобразователя напряжение - частота, в устройство введены формирователь управляющих им0 пульсов и вычитатель, причем первый вход вычитателя соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход вычитателя соединен с выходом форми- рователя управляющих импульсов, вхо5 ды которого соединены с третьими выходами третьего счетчика, вход которого соединен с выходом вычитателя.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для построения цифровых вольтметров, содержащих преобразователи напряжение-частота (ПНЧ). Целью изобретения является повышение точности за счет снижения влияния нелинейности ПНЧ. С указанной целью в устройство введены формирователь 23 управляющих импульсов и вычитатель 24. Измеряемое напряжение входным делителем 1, коммутатором 2, усилителем 3, ПНЧ 4 и импульсным трансформатором 5 преобразуется в пропорциональную ему частоту. Измерение осуществляется за два полуцикла, в течение которых коммутатор 2 изменяет полярность измеряемого напряжения. Генератор 26, элементы И 27, 6, 7, 8, счетчики 9, 10 и 25, формирователи 11, 12, 13 и 17, триггеры 15, 16 и 18, делитель 14 частоты преобразуют частоту ПНЧ 4 в цифровую информацию, запоминаемую и индицируемую в блоке 20 индикации. Блок 21 выбора предела совместно с блоком 22 управления, а также индикатор 19 полярности и перегрузки выполняют свои прямые функции. Формирователь 23 совместно с вычитателем 24 изменяют количество счетных импульсов, устраняя тем самым погрешность от нелинейности ПНЧ 4. В описании изобретения даны примеры реализации формирователя 23 и вычитателя 24. 2 ил.

t, Јz t, t. t,

1

5о J« io-a 5s-a5«

Ill,

П

Г ,