Интегрирующий цифровой вольтметр Советский патент 1977 года по МПК H03K13/20 G01R19/26 

{)ежима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующнх элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения нуля, выходы схем выделения нуля соединены со входами блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам всех элементов И, входного переключателя, переключателей режима работы и блока индикации. Кроме того, для обеспечения заданной точности измерения, он содержит схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задания погрешности измерения, а выход подключен ко входу блока управления. На чертеже изображена функциональная схема цифрового вольтметра. Интегрирующий цифровой вольт1 1етр состоит из входного переключателя 1, общий контакт которого соединен с входом преобразователя 2 напряжения в частоту, а коммутируемые контакты входного переключателя 1 соединены соответственно с входной клеммой 3 вольтметра, выходом источника 4 образцового напряжения и общей шиной 5 устройства. Первый вход первого элемента И 6 подключен к выходу преобразователя 2 напряжения в частоту, а первые входы второго и третьего элементов И 7 и 8 подключены к выходу задающего генератора 9. Выходы первого, второго и третьего элементов И 6-8 соединены соответственно с общими контактами первого, второго и третьего переключателей 10-12 режима работы, коммутируемые контакты каждого нз которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 13-15. Выход первого реверсивного счетчика 13 подсоединен к входу первой схемы 16 выделения нуля и первому входу схемы 17 сравнения, второй вход которой подключен к клемме 18 задания погрешности измерения. Выход второго реверсивного счетчика 14 соединен с входом второй схемы 19 выделения нуля, а выход третьего реверсивного счетчика 15 - с первым входом блока 20 индикации. Выходы первой и второй схем 16 и 19 выделения нуля, а также выход схемы 17 сравнения подключены к соответствующим входам блока 21 управления, выходы которого нодключены соответственно ко вторым входам элементов И 6, 7 и 8 н управляющим входам входного переключателя 1, переключателей 10-12 режима работы и блока 20 индикации. Интегрирующий цифровой вольтметр работает следующим образом. В первый такт измерений входной переключатель 1 установлен в положение, при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к входной клемме 3 вольтметра, а переключатели 10 и 11 - в положения, при которых выходы первого и второго элементов И 6 и 7 подключены к входам сложения первого п второго реверсивиых счетчиков 13 и 14 соответственно. Первый и второй элементы И 6 и 7 открыты. Частота импульсов на выходе преобразователя напряжения в частоту равна /1-К(), где /С - крутизна преобразования; f/x - измеряемое напряжение на клемме 3; бд - приведенное ко входу значение напряжения дрейфа нуля преобразователя 2. Импульсы частотой /i с выхода преобразователя 2 через первый элемент И 6 и переключатель 10 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 13. Длительность первого такта измерения Ti задается генератором 9, импульсы которого через второй элемент И 7 и второй переключатель 11 поступают на вход сложения второго реверсивного счетчика 14. Емкость последнего, равная yV, выбирается такой, что время от начала заполнения этого счетчика 14 импульсами задающего генератора 9 частотой, равной /о, до переполнения счетчика 14 кратно периоду помехи и равно Импульс переполнения второго реверсивного счетчика 14 является сигналом окончания первого такта измерения, ио нему срабатывает вторая схема 19 выделения нуля, при этом блок 21 управления закрывает элементы И 6 и 7 и переводит входной переключатель 1 в положение, при котором соединяется выход источника 4 образцового напряжения с входом преобразователя 2 напряжения в частоту, переключатель 10 - в положение коммутации выхода элемента И 6 с входом вычитания реверсивного счетчика 13, а переключатели 11 и 12режимов работы - в положение коммутации выходов элементов И 7 и 8 с входами сложения реверсивных счетчиков 14 и 15 соответственно. В реверсивном счетчике 13 к концу иервого такта записывается число, равное N,f,T, KT,(,) K(U,-i-U,). Во втором такте открыты все элементы И 6-8, к входу иреобразователя 2 подключен источник образцового напряжения. Импульсы с выхода преобразователя 2 частотой, равной f, K{U,+U,), где - образцовое напряжение источника образцового напряжения, поступают через элемент И 6 и переключатель 10 на вход вычитания реверсивного счетчика 13в течение времени Т, за которое накопится N2 Ni импульсов, где N, f,T, + U,)N,,

При этом код в счетчи1 е 13 становится равным нулю, срабатывает схема 16 выделения нуля, что является сигналом окончания такта. Интервал времени Т измеряется с помощью реверсивных счетчиков 14 и 15 и задающего генератора 9, импульсы с выхода которого через элементы И 7, 8 и переключатели 11, 12 соответственно поступают на входы сложения этих счетчиков. Код результата измерения интервала времени Т, равного

б ,, + t/д J, N и -ь t/д

. С/о + С/д /о УО + С/д

получается в счетчиках 14 и 15, равен ,T,

t/0-f f/д

и является первым приближением к искомому результату измерения, который должен быть получен при использовании идеального преобразователя 2 с нулевым дрейфом и равен

,N-- . и, Uo

Погрешность первого приближеиия равна. ATV - TV - TV - f Г . - n

il/V2 - /УХ JV 2 - /О

и„ Uo + С/д Уд

л.

Uo С/о + С/д

В третьем такте блок 21 открывает элементы И 6 и 7, закрывает элемент И 8, устанавливает переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с общей щиной 5, а иереключатели 10 и 11 - в положение коммутации выходов элементов И 6, 7 со входами сложения реверсивных счетчиков 13, 14 соответственно.

Имнульсы с выхода иреобразователя 2 с частотой, равной fs KUji, через элемент И б и переключатель 10 в течение времени Т ) поступают на вход сложения счетчика 13. Интервал времени Т задается счетчиком 14 от начала его заполнения импульсами задающего генератора 9 через элемент И 7 до момента переполнения этого счетчика. Импульс переполнения является сигналом окончания третьего цикла, по которому срабатывает схема 19 выделения нуля и блок 21 управления закрывает элементы И 6, 7. В счетчике 13 к концу третьего такта оказывается записанным число Лз, равное

N С/о - С/.

Л/з /з(Г,-Г,)д

/о С/о-С/д

В четвертом такте блок 21 открывает все элементы И 6-8 и устанавливает переключатели 1, 10-12 в такие положения, при которых напряжение с источника 4 образцового напряжения поступает на вход преобразователя 2, выход элемента И 6 соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 13, выход элемента И 7 - с входом сложения счетчика 14, а выход элемента ИЗ - с входом вычитания счетчика 15.

Имиульсы с частотой fz поступают с выхода преобразователя 2 через элемент И 6 на

вход вычитания реверсивного счетчика 13 до тех пор, пока код в нем не станет равным Hjлю и не сработает схема 16 выделения нуля, при этом число импульсов, поступающих от иреобразователя 2 в четвертом такте, равно

л, f,T, кт, (U, + f/д) ки X

Л/ С/о-С/,

/о С/о + С/д

а длительность четвертого такта равна т -п и,-и

-4 -& Г

/о (С/о + С/д)2

Эта длительность измеряется счетчиком 14, на который (как и на счетчик 15) поступают импульсы задающего генератора 9. Результат измерения интервала Т содержится в счетчике 14, а в реверсивном счетчике 15 к концу четвертого такта записывается код разности длительностей второго и четвертого тактов, равный

С/ЛС/о + 2С/.,)-I-С/ - - (f/ + f/j.

и цредставляющий собой скорректированный

результат измерения, погрещность которого

АЛ/24 меньще погрещности результата измере35 иия, полученного во втором такте в т раз,

. при этом

С/о + С/л

т

ДЛ/,, f/д

40

При выборе величииы напряжения Uo источника образцового напряжения много больще, чем напряжение дрейфа нуля преобразователя 2-t/д, можно получить существенное повыпление точности измерения.

Дальнейщее снижение погрешности достигается последующей коррекцией результата измерения. Для этого в пятом такте блок 21 открывает элементы И 6, 7, преобразователь 2 подключается через переключатель 1 к общей щине 5, элемент И 6 подключается к входу сложения реверсивного счетчика 13 через переключатель 10, а элемент И 7 - к входу вычитания реверсивного счетчика 14. Импульсы с выхода преобразователя 2 частотой /з через элемеит И 6 поступают на вход сложения счетчика 13 в течение времени, равного длительности четвертого такта. Время счета задается счетчиком 14, на который через элемент И 7 и переключатель 11 поступают импульсы задающего генератора 9 до момента установки счетчика 14 в нуль, при этом схема 19 выделения нуля срабатывает и блок 21 закрывает

все элементы И 6-8.

Число импульсов, иоступающих в счетчик 13 в течение пятого такта, равно

(U,-U.)

л, ки,т,кf / т т t

/о(0 + С/д)2

Затем в шестом такте блок 21 переводит переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с выходом источника образцового напряжеиия, переключатели 10 и 12 - в положение, обеспечивающее поступление импульсов на входы вычитания реверсивных счетчиков 13 и 15 соответственно, а переключатель 11 - в положение, обеспечивающее поступление импульсов на вход сложения реверсивного счетчика 14. Образцовое напряжение поступает с источника образцового напряжения на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, с выхода которого импульсы с частотой /2 через элемент И б и переключатель 10 режима работы подаются на вход вычитания счетчика 13 до тех нор, пока от преобразователя 2 не поступит то же число импульсов, что и в пятом такте, то есть пока код в счетчике 13 не станет равным нулю и сработает схема 16 выделеиия нуля.

Число имиульсов, поступающих в счетчик 13 за время Те - длительиость шестого такта, равно

N, f,T, K(U, + U,T, N,

при длительности шестого такта, равной

ui

Л

Т - -(U -U

- fo (f/0 + Уд)

в счетчик 15, на вычитающий вход которого импульсы задающего геиератора 9 поступают через элемент И 8 н переключатель 12, к концу щестого такта записывается код разности длительностей второго и суммы длительностей четвертого и шестого тактов.

Результат, полученный в счетчике 15, отличается от искомого результата измерения на число АЛ/2б, являюшееся абсолютной погрешностью измерения, и равное

f/

f/x-f/O ДЛ,„ (U, + f/д)

Уменьшение погрешности измерения стом такте по сравнению с погрешностмерения, полученной во втором такте,

ЛЛГ, /г/о -ь f/л

2 /г/о + и, у

т

т,

2в V и, I

лм

Процесс коррекции может быть иродолжеи, для чего в каждом последующем нечетном такте проводят те же операции, что и в иятом такте, причем длительность нечетного такта равна длительности предыдущего четиого такта, а в каждом иоследующем четном такте проводят те же операции, что и в шестом такте. После каждых двух тактов коррекции погрешность измерения уменьшается в т раз, и при этом уменьщается и длительиость каждого такта, в результате при любом числе тактов коррекции общее время измерения не превышает 47i.

Для достижения требуемой точности измерения ироводится такое количество тактов

коррекции, чтобы в очередном нечетном такте в счетчик 13 иоступило не более, чем заданное число имиульсов. Схема 17 сравиения сравиивает код в счетчике 13 с заданным числом, нри этом если код в счетчике 13 больше

задаииого, то дается комаида на продолжение коррекции, в противном случае схема 17 сравнения срабатывает, блок 21 останавливает ироцесс измерения и разрешает иидикацию результата в блоке 20 индикации.

Формула изобретения

1. Интегрируюший цифровой вольтметр, содержащий иреобразователь иаиряжения в частоту, задающий генератор, источиик образцового напряжеиия, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, иричем вход иреобразователя наиряжеиия в частоту соединен с обн1;им контактом входного переключателя, три других коитакта которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напряжения и общей

шииой, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задаюш,его генератора соедииеи с одиим из входов второго элемеита И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, два иереключателя работы, третий элемент И и блок уиравления, иричем входы сложения и вычитания всех реверсивных счетчиков соедииеиы с коммутируемыми коитактами соответствующих переключателей режима работы, общие коитакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, иричем один из входов третьего элемеита И иодключеи к выходу задающего геиератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения иуля, выходы схем выделения нуля соединеиы с входами блока управления, а выходы блока правления иодключеиы к управляющим входам всех элементов И, входного иереключателя, переключателей режима работы и блока индикации.

2. Вольтметр ио п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечеиия задаииой точности измерения, он содержит схему сравиения, один из входов которой соедииен с выходом нервого реверсивного счетчика, второй

вход подключен к клемме задания погрещности измерения, а выход подключен ко входу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание нри проведении эксиертизы изобретения:

9

1. Ю. А. Скрипник «Коммутационные методы повышения точности цифровых интегрирующих приборов. Приборостроение, № 5, ;968 г.

10

2.Авторское свидетельство СССР № 375566, М. Кл.2 G 01R 19/26, опубл. 01.02.1971 г.

3.Авторское свидетельство СССР №317081, М. Кл.2 Н ОЗК 13/20, опубл. 24.12.1969 г.