Цифровой вольтметр Советский патент 1989 года по МПК G01R19/25 

4

ОС ОС

ее

ОС

ел

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряжений постоянного тока высокоомных источников в условиях воздействия помех. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цифровой вольтметр содержит блок 1 переключателей, N переключателей 2.1....2 N полярности опорных напряжений, масштабный преобразователь 3, дифференциальный усилитель 4, аналоговый преобразователь 5, источник 6 измеряемого напряжения, масштабные преобразователи 7.1...7 N образцовых напряжений, источники 8.1....8 N образцовых напряжений, блок 9 обработки и управления, блок 10 индикации, зажимы 11 и 12 для подключения источника измеряемого напряжения. Вариант схемного выполнения блока 9 обработки и управления приводится в описании изобретения. 2 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряжений постоянного тока высо- коомных источников в условиях воздействия помех.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового вольтметра; на фиг. 2 - вариант выполнения блока обработки и управления.

Цифровой вольтметр (фиг. 1) содержит блок переключателей, переключатель полярности измеряемого напряжения 1, N переключателей 2.1...2.N полярности опорных

NW), выходные клеммы которых соединены с неподвижными контактами соответствующих переключателей 2.1...2.N (SWI .. ) полярности опорных напряжений. Управляющие входы переключателя 1 полярности измеряемого напряжения и переключателей полярности опорных напряжений 2.1...2.N соединены с соответствующими управляющими выходами блока 9 обработки и управления.

10 Цифровой вольтметр работает следующим образом.

По сигналу блока 9 обработки и управления в первом цикле коэффициенты преобразования Nb..Ns масштабных преобнапряжений, масштабных преобразователь 3, )5 разователей 7.1...7.N устанавливаются мини25

35

дифференциальный усилитель 4, аналого- цифровой преобразователь 5, источник 6 измеряемого напряжения, N масштабных преобразователей 7.1...7.N образцовых напряжений, N источников 8.1...8.N (Ei...Ex) образцовых напряжений, блок 9 обработки 20 и управления, блок индикации 10, зажимы 11 и 12 для подключения источника 6 измеряемого напряжения. Блок обработки и управления 9 (фиг. 2) содержит регистр данных 13, регистр команд 14, микроЭВМ 15, содержащую микропроцессор 16, постоянное запоминающее устройство 17, оперативное запоминающее устройство 18.

Выходы источника 6 измеряемого напряжения подключены к неподвижным контактам переключателя 1 полярности измеряе- JQ мого напряжения, первый подвижный контакт которого соединен с первым входом масштабного преобразователя 3, а второй подвижный контакт переключателя 1 соединен с первым подвижным контактом последовательно соединенных N переключателей 2.1...2.N (SWTi...SWTN) полярности опорных напряжений, причем второй подвижный контакт i-20 переключателя 2л полярности опорных напряжений подключен к первому подвижному контакту (i+1) переключателя 2.1+1 полярности опорных напряжений.

Второй подвижный контакт N-го переключателя 2.N полярности опорных напряжений соединен со вторым входом масштабного преобразователя 3, выходы которого подключены ко входам дифференциального усилителя 4, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 5, выходы которого подключены к информационным входам блока 9 обработки и управления, информационные вы-где R ходы которого соединены с входами бло- 0 ка 10 информации. Вход управления запус-где ком аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с первым выходом блока 9 обработки и управления, второй вход которого R0 подключен к управляющему входу преобразователя 3. Выводы источников 8.1...8.N образцовых, напряжений подключены к входам соответствующих согласно индексам масштабных преобразователей 7.1...7.N (Ni...

мальными. Образцовые напряжения на выходе масштабных преобразователей равны U0i Ki-Fi, Uo2 K2-E2, U0 K«E, (1) где Ki..-Кн - коэффициенты передачи масштабных преобразователей 7-1...7.N; EI...EU - величины опорных напряжений

источников 8.1-8.N;

UOI...UOD - величины напряжений с выходов К преобразователей 7.1-7.N.

Коэффициент Ко передачи масштабного преобразователя 3 устанавливается в положение, при котором отсчет на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 NI будет лежать в пределах

0,,No,(2)

где NO - максимально возможный отсчет на выходе аналого-цифрового преобразователя 5.

Так как в исходном состоянии в первом цикле измерения переключатели полярности блока переключателей установлены в

положение, при котором измеряемое напряжение Ех и опорные напряжения UDI...UOH на выходе масштабных преобразователей 7.1-7.N включены согласно, то на вход дифференциального усилителя 4 поступает 40 напряжение

U,

(E, + Uoi + Uo2+... + U0|,) RBKo

45

55

Rx+R01+Ro2+...+RoN +R,

(J2(JE1+J EA4.+J5AEJL).RuKo R,+Roi + Ro2+fc..+Ro +R.) a.(Er + I K,E,) Ко,

f - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения; Rx - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения;

RON - внутреннее сопротивление масштабных преобразователей 7.1 - 7.N по отношению к неподвижным контактам переключателей 2.1-2.N полярности SWTi... 5WTn соответственно;

NW), выходные клеммы которых соединены с неподвижными контактами соответствующих переключателей 2.1...2.N (SWI .. ) полярности опорных напряжений. Управляющие входы переключателя 1 полярности измеряемого напряжения и переключателей полярности опорных напряжений 2.1...2.N соединены с соответствующими управляющими выходами блока 9 обработки и управления.

0 Цифровой вольтметр работает следующим образом.

По сигналу блока 9 обработки и управления в первом цикле коэффициенты преобразования Nb..Ns масштабных преоб5 разователей 7.1...7.N устанавливаются миниразователей 7.1...7.N устанавливаются мини

мальными. Образцовые напряжения на выходе масштабных преобразователей равны U0i Ki-Fi, Uo2 K2-E2, U0 K«E, (1) где Ki..-Кн - коэффициенты передачи масштабных преобразователей 7-1...7.N; EI...EU - величины опорных напряжений

источников 8.1-8.N;

UOI...UOD - величины напряжений с выходов К преобразователей 7.1-7.N.

Коэффициент Ко передачи масштабного преобразователя 3 устанавливается в положение, при котором отсчет на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 NI будет лежать в пределах

0,,No,(2)

где NO - максимально возможный отсчет на выходе аналого-цифрового преобразователя 5.

Так как в исходном состоянии в первом цикле измерения переключатели полярности блока переключателей установлены в

положение, при котором измеряемое напряжение Ех и опорные напряжения UDI...UOH на выходе масштабных преобразователей 7.1-7.N включены согласно, то на вход дифференциального усилителя 4 поступает напряжение

где R 0 где R0

U,

(E, + Uoi + Uo2+... + U0|,) RBKo

5

5

Rx+R01+Ro2+...+RoN +R,

(J2(JE1+J EA4.+J5AEJL).RuKo R,+Roi + Ro2+fc..+Ro +R.) a.(Er + I K,E,) Ко,

f - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения; Rx - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения;

RON - внутреннее сопротивление масштабных преобразователей 7.1 - 7.N по отношению к неподвижным контактам переключателей 2.1-2.N полярности SWTi... 5WTn соответственно;

а

(4)

Ry - входное сопротивление масштабного преобразователя 3.

R +Roi+Ro2+...+R« + R

На выходе аналого-цифрового преобразователя 5 формируется код числа

N,30+3,111+321/ +.. .+а„1Х, где Зо...ая - коэффициенты, учитывающие параметры преобразователя 5.

При соответствующем выборе коэффициентов передачи Ki.-.Кн масштабных преобразователей 7.1-7.N опорные напряжения Uoi..-Uo соизмеримы.

Выбор коэффициентов Ki-..Ки осуществляется следующим образом.

Коэффициенты Кь-.Км в первом цикле устанавливаются блоком 9 обработки и управления минимальными. Установкой значения коэффициента Ко масштабного преобразователя 3 обеспечивается нахождение NI в области

0,,N0,(6)

где NO - максимально возможное число на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 в первом цикле измерения.

После этого изменением значения коэффициента Ki масштабного преобразователя 7.1 осуществляется увеличение опорного напряжения Uoi до значения UQI,, приводящего к увеличению кода числа N на величину NH. При этом формируется код числа + Nn, а напряжение U0i, KirEi. Далее происходит процесс увеличения коэффициента Кг для получения приращения кода числа ANi на величину + Ni2. Аналогично в дальнейшем значения коэффициентов Кз---Кл для получения приращения NIS, ..., NU. После установления к-й образцовой меры , все опорные напряжения ,Ел соизмеримы с измеряемой величиной Е, независимо от значения а,, так как вклад нелинейной составляющей

а2и2+а3и,3+а4и,4+- + а„Ця(7)

При выбранных значениях Uoi(, .... Uo , начинается процесс измерения. Последовательно во времени в зависимости от положения переключателей 1 и 2.1-2.N полярности ко входу дифференциального усилителя 4 подаются входные информативные воздействия А(ЕХ, Uo)

Ui a-KoA,(FKLV),

U2 a-KoA2(E«,

(8)

-КоА„+2(Ем, Uo), приводящие к получению системы уравнений и к определению в блоке 9 обработки и управления измеряемой величины исходя из уравнения

«N,

уLli о

& п(и,-и,)и

При этом результат измерения не зависит от значений R, ROI, ..., RON, Ru;Ko, ао. 3i, а2 ... а„ параметров цепи аналого-цифрового преобразователя Ц,. Стабильность трес буется обеспечить лишь на время измерения. В цифровом вольтметре результат измерения не зависит от значения внутренних сопротивлений Rx, ROI, ..., Ro« измеряемого Е, и опорных Uoi(, -.-, DON, источников напряже- ний 8.1-8.N. Поэтому наряду с устранеЮ нием влияния параметров ао, а, ..., ап аналого-цифрового преобразователя 5 на результат измерения, может быть значительно уменьшена погрешность измерения из-за влияния Rx, ROI, ..., RON.

15

Формула изобретения

25

Цифровой вольтметр, содержащий источников образцовых напряжений, дифферен20 циальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок переключателей, блок обработки и управления, блок индикации, масштабный преобразователь, два выхода которого подключены соответственно к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к информационным входам блока обработки и управления, информационные выходы кото3Q рого соединены с входами блока индикации, первый и второй управляющие выходы блока обработки и управления соединены соответственно с управляющими входами масштабного преобразователя и аналого- цифрового преоборазователя. отличающийся

,г тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены N масштабных преобразователей образцовых напряжений, а блок переключателей содержит переключатель полярности измеряемого напряжения, N переключателей полярности опорного на40 пряжения, при этом выходы источников образцовых напряжений соединены с входами соответствующих масштабных преобразователей образцовых напряжений, выходы которых соединены с неподвижными контактами соответствующих N переключа45 телей полярности опорных напряжений, входные клеммы устройства подключены соответственно к неподвижным контактам переключателя полярности измеряемою напряжения, первый подвижный контакт которого соединен с первым входом масштабного преобразователя, а второй подвижный контакт соединен с первым подвижным контактом первого из N последовательно включенных переключателей полярности опорных напряжений, у которых второй подвижный

55 контакт предыдущего переключателя полярности опорных напряжений соединен с первым подвижным контактом последующего переключателя полярности опорных напряжений, а второй подвижный контакт N-ro

50

переключателя полярности опорных напряжений соединен с вторым входом масштабного преобразователя, управляющие входы переключателя полярности измеряемого напряжения переключателей полярности опорк шинам управления

ОЛОН08 7,2,3,5, 7

ц

7чА

л

/

А

А

А

W

У

Елок о5ра5отки и управления 9

Фаг. 2

ных напряжений и N масштабных преобразователей образцовых напряжений соединены с соответствующими с третьего по N-й управляющими выходами блока обработки и управления.

От АЦЛ5

л

V

13

А

А

v

ШД

/

v

ШУ

А

/ч

К блокам индикации