Адаптивный измеритель дрейфа цифровых вольтметров Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относи гея к измеригельной технике и можег быть использовано для экспериментальных исследований и контроля точности цифровых вольтметров Известен измеритель дрейфа цифровых вольтметров, содержащий источник образцового напряжения, суммирующий блок, генератор импульсов, блок сравнения кодов, делитель частоты, два греобразователя числа импульсов в напряжение, два пороговых элемента, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, делитель напряжения и самопишущий воттьтметр, при этом источник образцового напряжения через суммирующи блок подключен к.входу поверяемого циф рового вольтметра, выход которого подключен к входу блока сравнения кодов, соединенным своими выходами с преобразователем числа импульсов в напряжение. Оцнн из выходов через пороговые элементы соединен с входом сложение реверсивного счетчика, другой - с входом вычитание ; выход реверсивного счетчика через праобразователь код-напряжение соединен с самопишущим вольтметром и с целителем напряжения, выход которого подключен к второму входу суммирующего блока; кроме того, генератор импульсов соединен с входом пуск поверяемого цифрового вольтметра и через делитель частоты со сбросовыми входами преобразователей числа импульсов в напряжение ll . Целью изобретения является расширение частотного диапазона и повышение точности измерения дрейфа цифровых вольтметров. Достигается это тем, ч го в адаптивный измеритель дрейфа цифровых вольтметров, содержащий источник образцового напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход сумматора через контролируемый цифровой вольтметр соединен с входом блока сравнений кодов, раверснвный счегчик, выходы которого соединены с преобразователем коднапряжение, а его выход - с самопишущим 64 вопьгмегром, и через делитель напряжения - с вторым входом сумматора, гене- рагор импульсов, выход которого соединен с управляющим входомконгролируемого цифрового вольтметра и входом делигеля с частоты, введены три дополнительных реверсивных счетчика, два логических элемента ИЛИ, триггер и два логических элемента И, причем, первый выход блока сравнения кодов,соединен с входами сложение реверсивного счетчика и первого дополнительного реверсивного счегчйка, второй выход блока сравнени кодов соединен с входами вычитание этих счетчиков, а выходы переполнение 15 И и переполнение - первого дополнительного реверсивного счегчика соединены соответственно с входами сложение и вычитание второго дополнительного реверсивного счетчйка я с обоими входами первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу триггера, переполнение + и переполнение - второго дополнительного счетчика подключены через второй логический элемент ИЛИ к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера, а его инверсный выход соединен с первым входом второго элемента И, причем выходы обоих элементов И соответственно подключены к входам сложение и вычитание третьего аопопнительного ревер сивного счетчика, выход которого соединен с управляющими входами реверсивного счетчика, выход делителя частоты под ключен к входам обнуяения первого и вт рого дополнительных реверсивных счетчиков, триггера и к входу второго . элемента И, На фиг. 1 привеяена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - диаграмм поясняющая его работу.. Предлагаемый измеритель ххэдержит источник 1 образцового напряжения, соединенный через сумматор 2 с входом контролируемого цафрсжого вольтметра 3, выход которого подключен к входу блока 4 сравнения кодов, подключенного одним СВОИМ выходом к входу сложение двух реверсивных счегчйков 5 и 6, а вторым - S входу вычйтанне этих же счегчикс®, причем, выход первого реверсивного счетчика 5 соединен с входом преобразователя код-иасчэяжение 7, а выходы переполнение + я переполнение - второго реверсивного счетчика б подключены соответственно к входам 44 сложение и вычитание третьего реверсивного счетчика 8 и к обоим входам первого логического элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с установочным входом триггера 10, при этом выходы переполнение + ипереполнение - третьего реверсивного счетчика 8 подключены через логический элемент ИЛИ 11 к первому входу логического элемента И 12, второй вход которого соединен с прямым выходом триггера 1О, а инверсный выход последнего подключен к первому входу логического элемента И 13, а выходы логических элементов 12 и 13 соответственно подключены К входам сложение и вычитание реверсивного счетчика 14, выход последнего соединен с управляющими входами первого реверсивного счетчика 5 а вы- ход преобразователя код-напряжение соединен с входом самопишущего вольтметра 15 и через делитель напряжения 16 - с вторым входом cjTviMaTopa 2, кроме того, генератор импульсов 17 подключен к входу пуск контролируемого цифрового вольтметра 3 и через делитель частоты 18 к сбросовым входам реверсивных счетчиков 6 и 8, триггера 10 и к второму входу логического элемента И 13. Измеритель работает следующим образом. По начала работы измерителя все счетчики и триггер находятся в нулевом состоянии. На выходе регулируемого обраэдового источника напряжения устанавливается напряжение Uo(,5}c, где N - целое число, соотвегсгеующее значению контролируемой точки диапазона измерения контролируемого цифрового вольтметра 15;. С5 - шаг квантования данного вольтметра. Напряжение UQ соответствует номинальной границе, разделяющей соседние t и (N+ 1)-й кванты. С подключением генератора импульсов 17 к контролируе- мому цифровому вольтметру 15, последний с частотой генератора импульсов 17 будет выдавать на блок 4 результат измерения в виде кода. На второй вход блока 4 подается код, соогветствуквдий числу N . На первом выходе блока 4 появится единичный сигнал в виде импульса, если значение кода N ) , поступившего с выхода цифрового вольтметра, больше W , на втором если N N , При появлении епиничного сигнала на первом выходе блока 4 происходит увеличение кодов, содержащихся в реверсивных счег чиках 5 и 6, на единицу. При появлении единичного импульсного сигнала на вгором выходе блока 4 происходит уменьше ние этих кодов на единицу. Изменение кода, содержащегося в реверсивном счег чике 5, вызывает изменение компенсирующего напряжения на выходе преобразова теля 7. Это напряжение поцается для регистрации на самопишущий вольтметр 15 И через делитель напряжения 16 - на второй вход сумматора 2. В реверсивном счетчике 5 происходит непрерывное интег рирование результатов сравнения кодов блоком 4. Измеритель представляет собой, таким образом, релейно-импульсную слешщую систему, отслеживающую медленное изме нение среднего значения инструментальной погрешности, т.е. дрейф. Кроме того, для улучшения сходимости и расширения часгогного диапазона измерения дрейфа предлагаемый измеритель имеет возможность адаптивно изменять величину шага отработки компенсирующего напряжения. Это достигается благодаря изменению объема основного реверсивного счетчика 5, Объем младших дополнительных разрядов этого счетчика определяется кодом, записанным в реверсивном счетчике 14. При нулевом состоянии этого реверсивного счётчика объем реверсивного счетчика 5 имеет некоторое среднее значение меж ду своими максимально и минимально воз можными значениями. Изменение кода, содержащегося в реверсивиом счетчике 14, происходит следу клцим образом. В зависимости от скорости изменения дрейфа количество единичных сигналов, появляющихся на одном из выходов блока 4, будет различно за время наблюдения Тц. определяемое периодом следования импульсов с делителя частоты 18, При больших скоростях изменення. отслеживаемого сигнала (дрейфа) компенсируклцее напряжение не успевает его скомпенсировать - образуется разбаланс. Вследствие этого возрастает вероятность появления одного из кодов (либо Ц , либо W + 1), а следовательно, и число единичных импульсных сигналов, появляющихся на одном из выходов блока 4. Приблизительное равенство числа сигналов на обоих выходах бпока 4 будет наблюдаться при равенстве компенсирующего напряжения на выходе делителя напряжения 16 значению дрейфа, В последнем случае оба реверсивных счетчика 6 и 8, интегрирующие результаты сравнения кодов блоком 4, не переполнятся. На их выходах переполнение + и переполнение - и на выходах логических элементов ИЛИ 9 и 11 будут нулевые сигналы. Поэтому триггер 1О останется в исходном состоянии, а по приходу импульса с делителя частоты 18 на выходе логического элемента И 13 появится единичный импульсный сигнал, который уменьшит код, содержащийся в теверсивном счетчике 14, тем самым уменьшится и шаг отработки компенсирующего напряжения (см, фиг. 2, интервал времени Тл ), Если за период Т | переполня- (ртся по одному из выходов оба реверсивных счетчика 6 и 8, то на входах логических элементов ИЛИ 9 и 11 будут единичные сигналы, триггер Ю в единичном состоянии, на выходе логического элемента И 12 сигнал , а на выходе логического элемента И 13 - сигнал О. Тем самым произойдет увеличение кода в реверсивном счетчике 14 и увеличится шаг отработки компенсирующего напряжения (см. фиг. 2, интервал времорш T ). И, наконец, если за период Т произойдет переполнение по одному из выходов только реверсивного счетчика 6, а реверсивный счетчик 8 не переполнится ни по одному из выходов, то на прямом выходе триггера Ю будет сигнал , а на инверсном выходе триггера Ю - сигнал О. Поэтому на выходах обоих логических элек:ентов 12 и 13 будет сигнал О, т.е. изменение величины шага обработки компенсирукяцего напряжения не произойдет (см. фиг, 2, интервал времени l ), При описании работы устройства не учитывалось наличие случайной составляющей в спектре инструментальной погрешности А (t ). Так, на фиг. 2 изображен процесс отработки дрейфа в отсутствии случайной составляющей погрешности, где и j - компенсирукщее напряжение обратной связи измерителя фейфа,идр0 фд- дрейф инструментальной погрешности контролируемого цифрового вольтметра 3, Случайная составляющая инструментальной погрешносги может внести, конечно, искажения в процесс адаптивного изменения шага отработки компенсирующего напряжения, но вероятность такого события мала. Значение этой вероягносги будет гем меньше, чем больше объем счетчиков 6 и 8. Форма напряжения на выходе ареобразовагепя 7 и его значение, соогвегсгвуёг с учетом коэффициента деления делителя напряжения 18, форме и значению дрейфа контролируемого цифрового вольтметра 3 и регистрируется с помощью самопншуще го вольтметра 15, Такое устройство позволяет отслеживать и регистрировать дрейф цифровых вольтметров в более широком частотном диапазоне и с меньшей погрешностью. Формула изобретения Адаптивный ис меритеяь дрейфа цифровых вольтметров, содержащий источник, образцового напряжения, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход сумматора через контролируемый цифрсюой вольтметр соединен с входом блока сравнения кодов, реверсивный счет чик, выходы которого соединены с преобразователем код напряжение, а его выход - с самопишущим вольтметром и через делитель напряжения - с вторым вхо дом сумматора, генератор импульсов, вы ход которого соединен с управляющим входом контролируемого цифрового вольтметра и входом делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дрейфа и расширения частотного диапазона, в него введены три дополнительных реверсивных счетчика, два логических элемента ИЛИ, триггер и два логических элемента И, причем, первый выход блока сравнения кодов соединен с входами сложение реверсивного счетчика и первого дополнительного реверсивного счетчика, агорой выход блока сравнения кодов соединен с входами вычитание этих счетчиков, а выходы переполнение + и переполнение - первого дополнительного реверсивного счетчика соединены соответственно с входами сложение и вычитание второго дополнительного реверсивного счетчика и с обоими входами первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к установочному входу триггера, выходы переполнение + и переполнение - второго дополнительного счетчика подключены через второй логический элемент. ИЛИ к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен в прямым выходом триггера, а его инверсный выход соединен с первым входом второго элемента И, причем выходы обоих элементов И соответственно подключены к входам сложение и вычитание третьего дополнительного реверсивного счетчика, выход которого соединен с управляющими входами реверсивного счетчика, выход делителя частоты подключен к входам обнуления первого и второго дополнительных реверсивных счетчиков, триггера и к второму входу второго элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР № 494700, кл. Н 03 К 13/О2.