ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ Советский патент 1973 года по МПК G01R19/25 

1

Известны цифровые вольтметры действующего значения периодического наюряжения произвольной формы, содержащие селектор периода, преобразователь напряжения в частоту с квадратичной функцией лреобр азованяя, счетчики, устройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управления.

Цель изобр-етения - повышение точности и надежности из.мерений.

Это достигается тем, что вольтметр снабжен поразрядным формирователем комленсирующего напряжения и схемой совпаден1ия кодов, входы которой соединены с -кодовыми выходами счетчиков, а выход - с управляющим входом пораЗрядного формирователя. Тактирующий вход формирователя подключен к селектору периода и шине сброса одного ИЗ счетчиков, а выход - к входному переключателю.

Н-а фиг. 1 показана блок-схема предложенного вольт.мегра; на фит.2 - временная д.иаграмма р.аботы п-реобразователя напряжения в частоту.

Цифровой вольтметр содержит -преобразователь / напряжения в ча1стоту ()-с -квадратичной функцией преобразования, селектор 2 пери-ода входного сигнала, блок 5 управления, входной переключатель 4, ключ 5, счетчик/и- 6 и 7, схему 8 совпадения кодов, поразрядный фор-мирователь 9 ком пенсирующего напряжения ,и. блок 10 цифровой индикации.

Преобразователь / напряжения -в частоту состоит из дифференциального усилителя 11 постоянного тока (УПТ), блоков 12 ,и 13 сравнения, тр-иггера- 14, электроиного переключателя 15 и интегрирующей С-цепи, включающей резистор 16 и емкость 17.

Предположим, что -в некоторый момент времени t на вход п-реобразов-ателя 1 подано напряжение е (t. На диаграмме фиг. 2 оно показано как постоянное, пос кольку выходная частота преобразователя на 2-3 порядка выше ч-астоты входного сигн-ала, так что входное напряжение -на протяжении нескольких периодов выходного сигнала преобразователя можно считать практически постоянным. (Все следующие соотношения полностью справедливы и для случая изменяющ-егося входного напряжения произвольной формы.)

Соответствующий сигнал на входе дифференциального з-хилителя 11 вызывает ср абатывание блОКа 13 сравнения, который через тр иггер 14 и переключатель 15 подключает на вход интегрирующей цепи положительное образцовое напрял ение +Uo. Емкость 17 начинает зарялчаться и в некоторый .момент времени напряжение wa ней сравняется с входным напряжением e(t). Дифференциальный усилитель не чувствителен к синфазной составляющей на пряжений на его входах, поэто му в этот момент его выходное напряжение соответствует нулевому сигналу на входе. При дальнейшем заряде eiMKocTH в момент времени t выходной сигнал усилителя достигает величины f/on, (на ди,аррамме фиг. 2 Uoni -это приведенйая к входу усилителя величина

t/on. ).

в результате срабатывает блок 12 сравнения, на вход интегрирующей цепи подключается отрицательное образцовое напряжение - UQ. Емкость 17 Начин-ает разряжаться. Как только разность иапряжения на емкости и входного е (t) доститнет величины f/on, происходит изменение знака образцового напряжения и т. д.

Частоту генерируемых таким образом колебаний можно найтИ из следующих соотнощений.

В течение интервала Г) (см. фиг. 2) емкость раэряжается током, .имеющим величину

0 + с (О

/.в

где 16 - величина сопротивления 16.

Скорость изменения напряжения емкости равна

и, + е (О

где Ci7 - величина емкости 17.

При этОМ пренебрегаем изменением напряжения на емкости, величина кото-рого

i onj+i ;n.i«.За время TI н апряжение на емкости изменяется на Величину

I /у- 14-16/ - U - -

I ОП1 I I ОПз I ОП

где К-коэффициент усиления усилителя;

.„ f/onj + . .

Следовательно,

Цр+е (t) J, f/on

л I

Спк

Аналогичные р.ассуждения для интервала приводят к следующему выражению: Uo-e(t) j, t/оп f ieCnК.

Из этих соотнощений получаем для величин TI и TZ

IP

+ e(f)

р

KlU,-e(t)

Отсюда находим выражение для частоты генерируемых таким обр.азом колебаний

с /J Ач/

TI + Tf2f/ot/on./ ijCi7

XlUl-e{t} (f),

где S-постоянный коэффициенТ, определяемый параметрами преобразователя напряжения в частоту.

Устройство работает в два цикла. В перво.м цикле происходит выделение селекторо м 2 периода Ту измеряемого сигнала и подсчет счетчиком 6 ВЫХОДНЫХ имиульсоз преобразователя в течение этого периода. С этой целью по ком-анде с блока 3 управления при помощи селектора 2 открывается ключ 5 на время Т. В результате на счетчик 6 с преобразователя / проходит число импульсОВ, равное

N, f (О dt SUlT - S f е (t) dt. (1) bb

Bo втором цикле по окончании селектировапного периода входного сигнала по- команде с блока 5 управления переключатель 4 подключает на вход преобразователя / компенсирующее напряжение с преобразователя код - напряжение (ПКН) формирователя 9, Одновременно происходит очищение счетчика 7 и начинается процесс поразрядного формирования компенсирующего напряжения.

Процесс формирования происходит следующим образОМ. Распределитель формирователя

осуществляет последовательное включение стутени компенсирующего напряжения, начиная со старщего разряда. После каждого такого включения В течение времени счетчик 7, сбрасываемый на нуль в начале -каждого интервала, подсчитывает выходную частоту преобразователя /. При этом, если набранная кодовая ко.Мбинация соответствует , то, очевидно, срабатывает схема 8 совпадения «одов до момента прихода очередного импульса

с селектора 2. В .подобном случае по приходу на распределитель формирователя очередного импульса с селектора последний из включенных разрядов отключается. Если же UK.EH, импульс со схемы совпадения кодов не полвляется и набранная кодовая комбинация остается, а с приходом очередного тактирующего импульса с выхода селектора распределитель формирователя включает лишь следующий по весу разряд UK. По окончании цикла уравновещивания числа в счетчиках 6 к 7 отличают не более, чем на относительную величину погрещности дискретности преобразователя код - напряжение, т. е. с точностью до этой погрещности можно записать NT - NQ.

Причем

N, S-UlT,-SUlT.

оП

(2)

Таким образом, приравнивая выражения (1) и (2), имеем

TX

S UlT., -S f е () df - SUoT - SUl T.

Откуда

/

60 K--a/ Ге(). (3)

r a

Следовательно код числа U, ПОлученного

в блоке торазрядното фор мирования компен65 сирующего напряжения, пропорционален непосредственно действующему значению измеряемого Периодического напряжения.

Время одного «змереНИя равно периоду входного сигнала ллюс -время А/, затрачиваемое Бо втором цикле-«на п-роцесс поразрядного уравновешивания. Длительность лоследнего за1висит от требуемой погрешности дискрегности 1прибора, т. е. от количества разрядов в блоке формирования комленсируюшего напряжения и периода Тх, в течение которого оценивается каждый разряд, начиная со старшего, т. е. nTx, где п - количестворазрядов.

Как следует из выражения (3), отсчет о-казьгвается неза висимым от частоты измеряемого напряжения. На результат из мерения «е влияют изменения функции Лреобразова-ния преобразователя налряжения -в частоту, благодаря чему аналоговую часть -вольтметра, т. е. этот «преобразователь, можно вьшолнить по простейшей схеме. Экспериментальные данные полностью подтвердили возможность

создания такого вольтметра действующего значения.

Предмет изобретения

Цифровой вольтметр действующего з} ачения периодического напряжения произвольной формы, содержащий селектор пер1иода, лреобразователь напряжения в частоту с квадратичной функцией преобразования, счетчики, устройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежНО сти измерений, он снаблсен: поразрядным формирователем компенсирующего напряжения и совпадения кодов, входы которой подключены к кодовым выходам счетчиков, а выход соединен с управляющим входом поразрядного формирователя, тактирующий вход которого подключен к селектору периода и шине сброса одного из счетчиков, а выход - к входному переключателю.

I, L.

-И

Фиг Z