ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТАМПЕРМЕТР Советский патент 1972 года по МПК H03M1/52 G01R19/255 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники.

Известны цифровые интегрирующие вольтамперметры, содержащие входное устройство с усилителем, источник опорного напряжения, ключи, хронизатор, интегратор, нуль-орган, формирователь команд сброса и переноса, генератор тактовых импульсов, фазовый детектор, счетчик, триггер знака и делитель частоты, устройство переноса, устройство запоминания, преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный и индикаторное табло.

Эти вольтамперметры имеют низкую помехозащищенность.

Предложенный вольтамперметр отличается тем, что он содержит устройство выведения нуля, выход которого через ключ соединен с входом интегратора, выходом нуль-органа и с одним из входов формирователя команд сброса и переноса, другие входы которого соответственно соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходами триггера знака и с выходом делителя частоты. Выходы формирователя команд сброса и переноса подключены соответственно к щине сброса устройства запоминания .и к щине переноса устройства переноса. К выходу старшего разряда счетчика подключен триггер знака, выход которого соединен с одним из входов фазочувствительного детектора и управляющим входом устройства переноса.

Кроме того, в нем формирователь команд сброса и переноса содержит триггеры, инвертор, схемы совпадения, причем одни входы триггеров соединены с выходом делителя частоты, другие входы триггеров, кроме первого, соединены с выходом генератора тактовых импульсов, вход первого триггера подключен

к выходу нуль-органа. Прямой выход второго и инверсный третьего триггера соединен с одной схемой совпадения, к которой подключен прямой выход триггера знака и выход генератора тактовых импульсов, а прямой выход

третьего и инверсный выход четвертого триггера соединен с другой схемой совпадения, к которой подключен инверсный выход триггера знака и выход генератора тактовых импульсов; выходы схем совпадений через инвертор

соединены с щиной переноса.

Это позволяет повысить помехозащищенность и преобразовывать биполярные напряжения, а также уменьщить погрещность преобразования.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого вольтамперметра; на фиг. 2 - схема формирователя команд сброса и переноса; на фиг. 3 - временная диаграмма работы вольтВольтамперметр содержит входное устройство и усилитель устройство 2 выведения нуля, источник 3 оиорного напряжения, ключи 4, 5, 6, хронизатор 7, интегратор 8, нуль-орган 9, формирователь 10 команд сброса и переноса, тактовый генератор 11, фазовый детектор 12, двоично-десятичный счетчик 13, триггер 14 знака, делитель 15 частоты, устройство 16 переноса, устройство 17 запоминания, преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный и индикаторное табло 18.

Формирователь команд сброса и переноса содержит (фиг. 2) триггеры 19, 20, 21, 22 схемы 23, 24 совпадений, инвертор 25, формирователь 26 сброса.

Вольтамперметр работает следующим образом.

Входной сигнал (постоянный ток или постоянное напряжение) поступает во входное устройство 1, которое представляет собой набор шунтов, добавочных сопротивлений и резистивных делителей и предназначено для преобразования входного сигнала в напряжение стандартного уровня. Преобразованное нанряжение поступает на вход усилителя.

Усиленное напрял :ение поступает на ключ 4, выход которого соединен с входом интегратора 8. Одновременно к входу интегратора В подсоединены выходы ключей 5 и 6, соединяющие интегратор с выходом устройства 2 выведения нуля и источника 3 опорного напряжения соответственно. Ключи 4, 5 и 6 управляются хронизатором 7, который, в свою очередь, управляется сигналом с выхода делителя 15 частоты. Этот управляющий сигнал когерентен частоте нитающей сети (фиг. 3).

В зависимости от состояния ключей 4, 5 -к 6 различают три фазы работы интегратора. При состоянии сигнала, управляющего хронизатором, «О ключи 4 и 5 замкнуты, а ключ 6 разомкнут. В результате на вход интегратора 8 поступает усиленный усилителем входной сигнал и сигнал устройства 2 выведения нуля. Интегратор 8 работает в режиме интегрирования и его выходное напряжение линейно возрастает (фиг. 2). Среднюю скорость изменения выходного напряжения интегратор 8 имеет при нулевом уровне входного сигнала. При положительном входном сигнале скорость изменения выходного напряжения интегратора 8 уменьшается, а при отрицательном входном сигнале увеличивается, в результате уровень выходного напряжения интегратора 8 в конце периода интегрирования зав,исит от уровня и полярности входного сигнала.

При состоянии управляющего хронизатором сигнала «1 ключи 4„ 5 разомкнуты, а ключ 6 замкнут. На вход интегратора 8 поступает сигнал с выхода источника 5 опорного напряжения. Интегратор 8 работает в режиме дезинтегрирования и напряжение на его выходе линейно спадает с постоянной скоростью, рассчитанной так, чтобы при нулевом уровне входного сигнала обратный ход напряжения на выходе интегратора 8 заканчивался строго

за половину длительности управляющего хронизатором 7 сигнала.

В зависимости от полярности входного сигнала обратный ход заканчивается либо за время меньшее, чем половина длительности управляющего сигнала (если входной сигнал имеет положительную полярность), либо за время большее, чем половина длительности управляющего сигнала (если входной сигнал

имеет отрицательную полярность, см. фиг. 3). По окончании обратного хода срабатывает нуль-орган Р. Сигнал с выхода нуль-органа переводит интегратор в режим релаксации. Такой режим необходим по следующей причине. По

достижении выходным напряжением интегратора 8 уровня срабатывания нуль-органа 9 выходное напряжение имеет возможность изменяться далее таким образом, что уровень его в конце длительности управляющего хронизатором 7 сигнала зависит от длительности обратного хода (пунктирная линия на диаграмме выходного напряжения интегратора). Поэтому очередной цикл интегрирования будет произведен с погрешностью, зависящей от

величины входного сигнала в предыдущем измерении. Если же интегратор по окончании дезинтегрирования перевести в режим релаксации, а амплитуду релаксационных колебаний сделать равной порогу срабатывания

нуль-органа 9, то каждый цикл интегрирования будет начинаться со строго фиксированного уровня, что позволяет исключить ранее указанную погрешность. Одновременно с переводом интегратора в

режим релаксации сигнал с выхода нуль-органа 9 возбуждает формирователь 10. По сигналу сброса устройство 17 запоминания готово к приему информации, а по сигналу переноса в него с помошью устройства 16 заносится состояние двоично-десятичного счетчика 13, которое после преобразования в десятичный код индицируется индикаторным табло.

Работа двоично-десятичного счетчика происходит следующим образом. Импульсы с выхода генератора // подаются на вход счетчика 13. Сигнал с выхода счетчика 13 поступает на вход триггера 14 знака. С выхода триггера знака сигнал подается на один из входов фазового детектора 12 на другой вход которого

поступает напряжение с частотой питающей сети. Фазовый детектор сравнивает по частоте два эти сигнала и сигналом ощибки со своего выхода управляет тактовым генератором так, что частота последнего всегда когерентна

частоте питающей сети. В результате сигнал с выхода делителя 15, управляющий хронизатором 7, и сигнал с выхода триггера знака оказываются когерентными частоте питающей сети.

- Двоично-десятичный счетчик 13 за половину периода сигнала, управляющего хронизатором 7, фиксирует 5000 импульсов. Учитывая, что нуль находится в середине шкалы аналогоцифрового преобразователя, состояния двоичся от 2500 до О и далее снова до 2500, что будет соответствовать в показаниях инднкаторного табло из1менению входного снгнала от предельного значения одной полярности до предельного значения другой полярности. Такую реализацию состояний двоично-десятичного счетчика можно получить, сделав его реверсивным.

Счетчик 13 выполнен однонаправленным (суммирующим), а состояния его переносятся устройством 16 в устройство 17 либо в прямом, либо в дополнительном коде. На один из управляющих входов устройства 16 поступает сигнал переноса с выхода формирователя 10 а на второй управляющий вход поступает сигнал с выхода триггера 14, определяющий в каком коде, прямом или дополнительном, необходимо осуществлять перенос.

Ниже показаны состояния двоично-десятичного счетчика 13 и соответствующие им показания индикаторного табло.

Как видно, состояния двоично-десятичного счетчика 13 при положительной полярности входного сигнала переносятся в устройство 17 запоминания, в дополнительном коде до девяти в трех младших разрядах и до трех в старшем разряде. При отрицательной полярности состояния переносятся в прямом коде. Однако если бы состояния счетчика 13 непосредственно переносились в прямом коде при отрицательной полярности входного сигнала, то у прибора было бы два нулевых показания + 0000 и - 0000. При этом погрешность дискретности составляла бы - 1 + 0. Показание - 0000 в приборе опущено и погрешность распределена в обе стороны ± 0,5.

Перенос показаний происходит в такой последовательности.

В момент срабатывания нуль-органа 9 сигнал на его выходе опрокидывает триггер 19 (фиг. 2), который разрешает сработать при поступлении ближайшего тактового импульса триггеру 20 и т. д. Переброс триггера 20 выделяет 1-й такт, переброс триггера 21 - 2-ой такт, а переброс триггера 22 - 3-й такт.

Сигнал сброса формируется в первой половине первого такта. При положительной полярности входного сигнала совпадение сигналов с прямого выхода триггера 20 и инверсного триггера 21 формирует команду переноса во второй половине первого такта. При отрицательной полярности входного сигнала команда переноса формируется во второй половине второго такта совнадением сигналов с прямого выхода триггера 21 и инверсного выхода триггера 22.

Благодаря этому происходит добавление единицы счета при переносе в прямом коде состояний счетчика 13. Информацию о полярности входного сигнала несет сигнал с выхода предпоследнего триггера двоично-десятичного счетчика, который изменяет свое состояние при переходе счетчика от состояния 3999 в состояние 0000.

Предмет изобретения

1.Цифровой интегрирующий вольтамперметр, содержащий входное устройство с усилителем, источник опорного напряжения, ключи, хронизатор, интегратор, нуль-орган, формирователь команд сброса и переноса, генератор тактовых импульсов, фазовый детектор, счетчик, триггер знака и делитель частоты, устройство переноса,устройство запоминания, преобразователь двоично-десятичного кода в десятичный и индикаторное табло, отличающийся тем, что, с целью преобразования биполярных напряжений и новыщения помехозащищенности, он содержит устройство выведения нуля, выход которого через ключ соединен со входом интегратора, выходом нуль-органа н с одним из входов формирователя команд сброса и переноса, другие входы которого соответственно

соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходами триггера знака и с выходом делителя частоты, выходы формирователя команд сброса и переноса подключены соответственно к шине сброса устройства запоминания и к шине переноса устройства переноса; к выходу старшего разряда счетчика нодключен триггер знака, выход которого соединен с одним из входов фазочувствительного детектора и управляющим входом устройства

переноса.

2.Вольтамперметр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности нреобразования в нем, формирователь команд сброса и переноса содержит триггеры, инвертор, схемы совпадений, причем одни входы триггеров соединены с выходом делителя частоты, другие входы триггеров, кроме первого, соединены с выходом генератора тактовых импульсов, вход первого триггера подключен

к выходу нуль-органа: прямой выход второго и инверсный третьего триггера соединен с одной схемой совпадения, к которой подключен прямой выход триггера знака и выход генератора тактовых импульсов, а прямой выход

третьего и инверсный выход четвертого триггера соединен с другой схемой совпадения, к которой подключен инверсный выход триггера знака и выход генератора тактовых импульсов; выходы схем совпадений через инверОт генератора тантоВь/х

Риг 2

UMf}l//7bCOe

О 10 20 30 0 50 60 70 80 90 100110 120130 т 150160 мсен

PaZ 3