Цифровой вольтметр Советский патент 1975 года по МПК G01R13/02 H03K13/20 G01R19/26 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для измерения постоянного, а также действующего значения переменного напряжений. Известны цифровые вольтметры, содержащие входной переключатель, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, формирователь периода, ключи, генератор опорной частоты, счетчик, преобразователь код - напряжение, цифровое отсчетное устройство. Цель изобретения - повышение быстродействия вольтметра - достигается тем, что предлагаемый вольтметр снабжен блоком выделения разности частот, двумя вспомогательными счетчиками и двумя преобразоватеЛЯ.МИ код -- частота, причем выходы последних через блок выделения разности частот подключены ко входу счетчика, управляющий вход каждого преобразователя код - частота подсоединен к выходам вспомогательных счетчиков, а сигнальные входы преобразователей код - частота подключены соответственно к выходу генератора опорной частоты и выходу преобразователя напряжения в частоту. Блок-схема вольтметра приведена на чертеже. Вольтметр содержит входной переключатель /, преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ) 2, блок управления 3, формирователь периода 4, ключи 5 и 6, генератор опорной частоты 7, вспомогательные счетчики 8 и 9, преобразователи код - частота (ПКЧ) 10 и 11, блок выделения разности частот 12, счетчик 13, преобразователь код - напряжение (ПКН) 14, цифровое отсчетное устройство 15. Работает вольтметр в два цикла по программе с блока управления. В первом цикле (верхнее положение переключателя / п замкнутое состояние ключей 5, 6) за период TV измеряемого напрям ения в счетчики 8 н 9 поступает соответственно следующее количество ИМПУЛЬСОВ: f(U,) г,, N, fo- Г,, где f(Ux) - частота ПНЧ, соответствующая подключенному на его вход напряжению/о - частота генератора 7. Во втором цикле (нижнее положение. переключателя / и разомкнутое состояние ключей 5, 6) на сигнальные входы ПКЧ 10 и // начинают поступать импульсы с частотами соответственно fg и f(Uh), гце f(h) - частота ПНЧ, соответствующая подключенному на его вход компенсирующему напряжению Uj,. В этом случае для частот импульсов с ПКЧ 10 и 11, с учетом равенств / и 2 соответственно можно записать: f - ° Ь - /(t/,J, где - емкость счетчиков ПКЧ. В результате поступления частот fi и /г на блок выделения разности частот 12 получается импульсная последовательность, которая подсчитывается счетчиком 13, сбрасываемым на «нуль в начале второго цикла. В соответствии с накапливаемым в счетчике числом изменяется выходное напряжение ПКН, в результате чего /2 приближается к /1. Для установившегося режима с учетом выражений (1), (2), (3) и (4) можно записать:f(U:.:)-T,. f(U,)T,.(5) При использовании квадратичного ПНЧ с функцией преобразования вида f(U:.) где /„ - начальная частота; 5 - крутизна ПНЧ, с учетом выражения (5) имеем a,,-5t/2)r. rA,-5f/D7,. откуда f/д, где i/д - действующее значение переменного напряжения. В случае измерения постоянного напряжения с применением линейного ППЧ, например, с функцией преобразования / /„ + St/,, с учетом формулы б можно записать (f, +5f/,)r, (f, + SUk)T:,, откуда Uh - Ux, причем Т здесь представляет собой период помехи. Таким образом, в установившемся режиме код числа в счетчике 13 соответствует измеряемым напряжениям, причем результат измерения практически не зависит от параметров ПНЧ. В режиме отработки компенсирующего папряжения данное устройство представляет собой астатическую систему регулирования с постоянной времени ,SriKH S/o Tj. где 5пкн - крутизна ПКН. Для повышения быстродействия т можно уменьшить подбором частоты /о- Быстродействие вольтметра, реализирующего рассмотренный алгоритм, примерно на порядок превышает быстродействие известных вольтметров. Предмет изобретения Цифровой вольтметр, содержащий входной переключатель, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, формирователь периода, ключи, генератор опорной частоты, счетчик, преобразователь код - напряжение, цифровое отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен блоком выделения разности частот, двумя вспомогательными счетчиками и двумя преобразователями код - частота, причем выходы последних через блок выделения разности частот подключены ко входу счетчика, управляющий вход каждого преобразователя код - частота подсоединен к выходам вспомогательных счетчиков, а сигнальные входы преобразователей код - частота подключены соответственно к выходу генератора опорной частоты и выходу преобразователя напряжения в частоту.