Цифровой вольтметр переменного тока Советский патент 1976 года по МПК G01R19/26 H03K13/20 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для измерения переменного напряжения в области инфранизкой частоты.

Существует большое число цифровых вольт. метров, использующих время-импульсное преобразование 1 . Общий недостаток этих вольтметров состоит в необходимости высокой линейности генератора развертывающего напряже1шя для достижения высокой точности (пофешность от нелинейности генератора пилообразного напряжения 0,02% при общей погрещности прибора 0,1%). Это требование существенно усложняет схему прибора.

Известен цифровой вольтметр переменного тока, содержащий время-импульсный преобразователь в виде двух устройств сравнения, одни входы которых соответственно соединены со входной и с общей шинами, другие подключены к выходу генератора развертывающего напряжения, а выходы - КО входам схемы неравнозначности, измеритель длительности периода, состоящий из третьего устройства сравнения, триггера, схемы совпадения и счетчика импульсов, вход которого подключен к выходу схемы совпадения, один вход которой соединен с пер-;ым выходом триггера, а другой - с

выходом огра1шчителя алшлитуды, синхронизировашюго сетевым напряжением, и входом генератора развертывающего напряжения, вход триггера через третье устройство сравнения подключен ко входной шине, устройство деления числа импульсов на длительность периода, соединенное со входом выходного .рчетчика с отсчетным устройством 2, которому присущ общий для подобных приборов недостаток: точность измерения зависит главным образом от нелинейности пилообразного напряжения. Временные интервалы заполняются импульсами постоянной частоты. Упрощение схемы такого вольтметра посредством упрощения схемы генератора при сохранении неизменными остальных узлов значительно повышает погрешность прибора.

Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается тем, что в предлагаемый вольтметр введены преобразователь на основе эффекта Баркгаузена и дополнительная схема совпадения, один вход которой через преобразователь подключен к выходу генератора развертывающего напряжения, другой вход соединен с выходом схемы Неравнозначности, третий вход - со вторым выходом триггера, а выход подключен ко второму

ходу устройства деления числа импульсов на длиельность периода.

На чертеже представлена блок-схема устройста.

Вольтметр состоит из устройств сравнения 1-3, хем совпадения 4, 5, выходного счетчика импульов 6 с отсчетным устройством, управляемого делиеля частоты 7, генератора развертывающего напряения 8, счетчика импульсов 9, схемы неравнозначности 10, триггера 11, ограничителя амплитуды 12, реобразователя 13 на основе эффекта Баркгаузена. Работа цифрового вольтметра протекает в два такта. В первом такте происходит счет периодов пилообразного напряжения, укладывающегося в период измеряемого напряжения. Сравнивающее устройство фиксирует моменты перехода измеряемого напряжения череа нуль. Триггер 11 в зависимости от этого управляет схемой совпадения 5, на выходе которой число импульсов, соответствующих шслу периодов пилообразного напряжения, уклад,ывается в период измеряемого напряжения. Эти импульсы поступают lia счетчик 9. В конце первого такта по окончании периода измеряемого напряжения триггер 11 запрещает прохождение импульс9В на счетчик 9, разрещая в то же время прохождение импульсов от .схемы неравнозначности 10 через схему совпадения 4 на делитель 7.

Во втором такте измеряется среднее значение напряжегмя. Устройство сравне1шя 2 отмечает моменты, в которые пилообразное напряжение превосходит измеряемое напряжение.

Устройство сравнения 3 отмечает переходы пилообразного напряжения через нуль. Импульсы напряжения с устройств сравнения 2 и 3 поступают на схему неравнозначности 10, на выходе которой импульсы напряжеьшя отмечают интервалы времени, в течение которых вьтолняется условие: 0 Uj, Ux при Ux X) и 0 Un Ux при Ux О, где Uj - пилообразное напряжение;

Ux - измеряемое напряжение. Эти временные интервалы заполняются импульсами от преобразователя 13 на основе эффекта Баркгаузена с частотой fM.cp.- Если развертьшаю/щее напряжение Un не меняет наклона, частота .cp.t постоянна. В противном случае изменяются интервалы времени, в тече1ше которых выполняют-, ся указанные условия, и одновремеюю изменяется частота fM.cp. Импульсы напряжения с частотой м.ср. поступают на управляемый делитель частоты 7, делящий последнюю на число периодов напряжения УП, укладываюи ихся в период Ux. После окончания второго такта в счетчике 6 оказывается число импульсов N, пропорциональное среднему

значению Ux:

-и

-п-м и

ЦЧр SJT

N

S- Т1

п I

П /2

м ср

С

где п - удвоенное число периодов Ur,, укладывающихся в период Ux, с учетом прямого и обратног ходов пилообразного напряж- шш;

tj - длительность 1-того импульса на выходе схемы неравнозначности;

Uj - мгновенное значение U в момент сравнения с УП;

S - средняя крутизна развертывающего напря женин.

Таким образом, в предлагаемом устройстве использован более простой по сравнению с прототипом генерат) развертьшающего напряжения со значительным отклонением от линейного.

Использование в качестве источника заполняющих импульсов преобразователя на основе эффекта Баркгаузена позволяет скорректировать нелинейность пилообразного напряжения путем использования зависимости частоты этих импульсов от производной развертывающего сигнала без дополннтельньк дифферешщрующих цепей. Достоинством такого прибора является возможность получения достаточно малой погрешности (меньще 1%) при использовании нелинейного развертывающего напряжения. Кроме того, синхронизащ1я развертьшающего напряжения с сетевым напряжением повыщает помехоустойчивость прибора. Особенность физических пршнгтов преобразователя на основе эффекта Баркгаузе1Ю позволяет расширить частотньш диапазон измеряемых напряжений в сторону инфранизких.

Формула изобретения

Цифровой вольтметр переменного тока, содержащий время-импульсный преобразователь в виде двух устройств сравнения, одни входы которьо. соответственно соеддаень со входной и с общей шишми, другие подключены к выходу генератора развертывающего напряжеьшя, а выходы - ко входам схемы неравнозначности, измеритель длительности периода, состоящий из третьего устройства сравнения, триггера, схемы совпадения и счетчика импульсов, вход которого подключен к выходу схемы совпадения, один вход которой соединен с первым выходом триггера, а другой - с выходом ограничителя амплитуды, синхронизированного сетевым напряжением, и входом генератора развертывающего напряжения, вход триггера через третье устройство сравнения подключен ко входной, шине, устройство деления шсла импульсов на длительность периода, соединенное со входом выходного счетчика с отсчетным устройством, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены преобразователь на основе эффекта Баркгаузена и дополнительная схема совпадения, один вход которой через преобразователь подключен к выходу генератора развертывающего напряжения, другой вход соединен с выходом схемы неравнозначности, третий вход - со вторым

выходом триггера, а выход подключен ко второму входу устройства деления числа импульсов на длительность периода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Цифровые электроизмерительные приборь Под ред. В.М. Шляндина, 1972, стр. 151-158 (ана лог).

2.П.П. Орнатский. Автоматические измерения к приборы. 1973, стр. 520-523.