Цифровой интегрирующий вольтметр Советский патент 1979 года по МПК G01R13/02 

где Y - допустимое значение приведенной динамической погрешности;

п - число тактов (циклов) преобразования от момента скачкообразного изменения преобразуемого напряжения до момента равенства информативного интервала установившемуся значению с погрешностью, определяемой Y;

Тпреобр - время преобразования.

Следовательно, уменьшение длительности такта Т-г, как следует из выражения (1), является эффективным средством снижения динамической погрешности, кроме того, при уменьшенном цикле преобразования для сохранения свойства подавления периодических аддитивных помех приходится усреднять результаты ряда последовательных преобразований за время, кратное или равное периоду помехи, при этом задача фактически сводится к суммированию последовательности интервалов времени. Поскольку эти интервалы не являются примыкаюш,ими, то при суммировании их значений возникает погрешность, максимально возможное значение которой пропорционально числу суммируемых интервалов.

Таким образом, недостатком известного устройства является высокая динамическая погрешность измерения.

Целью данного изобретения является повышение точности прибора.

Поставленная цель достигается за счет того, что в цифровой интегрирующий вольтметр, содержаш,ий последовательно соединенные дифференциальный интегратор и пороговое устройство, источники образцового и опорного напряжений, задатчик такта преобразования, генератор образцовой частоты и счетчик, причем неинвертирз юший вход интегратора подключен к входным клеммам, введены задатчик интервала суммирования, суммирующее устройство и элемент И, выход которого соединен со входом счетчика, а входы - с выходом задатчика интервала суммирования, с выходом источника образцового напряжения и инвертирующим входом интегратора, а также с выходом генератора образцовой частоты и входами суммирующего устройства и задатчика такта преобразования, при этом выход порогового устройства соединен со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.

Па фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - эпюры характерных напряжений, поясняющие его работу.

Устройство (фиг. 1) содержит дифференциальный интегратор 1, пороговое устройство 2, суммирующее устройство 3, источник 4 опорного напряжения, источник 5 образ5 цового напряжения, задатчик 6 такта преобразования Гт, задатчик 7 интервала суммирования Т, генератор 8 образцовой частоты, элемент И 9 и счетчик 10. Па эпюрах (фиг. 2) изображены следующие напряжения: 11 - импульсы образцовой частоты на выходе генератора 8; 12 - импульсы тактовой частоты на выходе задатчика 6, 13 - выходное напряжение задатчика 7, 14 - выходное напряжение ин15 тегратора 1, (15 - в устройстве-прототипе,

16 - в предлагаемом изобретении), 17 -

напряжение на выходе источника.

Вольтметр работает следующим образом.

Предположим, что в момент времени о

0 импульс выходного напряжения задатчика 6 поступает через суммирующее устройство на вход устройства 2, вызывая его срабатывание. По сигналу устройства 2 к инвертирующему входу интегратора 1 подключается образцовое напряжение , и выходное напряжение интегратора, уменьшаясь по линейному закону, приближается по размеру к значению опорного напряжения, поступаюнхего с источника 4 через устройство

0 3 на вход устройства 2.

Однако срабатывание порогового устройства происходит не в момент равенства выходного напряжения интегратора опорному (t), а в момент поступления на вход порогового устройства через суммирующее устройство 3 импульса генератора 8, при котором изменяется знак разности входных напряжений порогового устройства. В результате этого в момент t происходит переключение полярности образцового напряжения, и выходное напряжение интегратора начинает линейно возрастать до поступления следующ,его импульса с задатчика времени такта преобразования t. Далее описанные

5 процессы работы вольтметра периодически повторяются.

Цифровой эквпвалепт входного напряжения получается при суммировании счетчиком 10 дискретных значений Ti,- (фиг. 2) в

0 течение времени Т, равного периоду сетевой помехи.

Введение такта Т позволяет улучщить динамические характеристики во столько раз, во сколько длительность Т, равная периоду помехи, больше длительности T-j. Вследствие того, что работа устройства 2 и задатчиков 6 и 7 синхронизируется импульсами генератора образцовой частоты, устраняется специфическая составляющая погрешности от суммирования непримыкающих интервалов, так как выходной сигнал здесь представлен временным интервалом, являющимся квантованной величиной, в то время как в устройстве (прототипе) непрерывной.

В устройстве-прототипе условием соответствия выходного сигнала входному напряжению является равенство нулю интеграла разности входного напряжения U и среднего за период преобразования значения образцового напряжения

Tj - 7,

ОСрт 0

Т. е.

(и,-и,у( :-0.(2)

Для данного вольтметрауравнение (2) принимает вид

тт

и, 7 - V/-: + f Д, (3)

f(У

о о

где - разность значений

Т

f/oepT Ag-п: - ,- значение f/осрт, соответствующее шагу квантования.

Из уравнений (3) и (2) следует, что процесс преобразования подчиняется законам, действующим в дискретных астатических системах автоматического регулирования, т. е. происходит непрерывное интегрирование сигнала ошибки А, и при выполнении условия

«тт

Mt f Ag-c/f об

кор:ректируется значение 6оерт в пределах Ag, что вызывает изменение значения и знака Д.

Таким образом, справедливо следуюн 1ее выражение

п т /т. г

: Г; и, и, :d( ::/

Т о ±V ГАгйЛ ±ГдйЛ.

11-о оо

После выполнения математических раций получим

U,,y(T,,-T,,)±TAg

/л; о

ИЛИ ДЛЯ наихудшего случая

и,пТ - и, (Г., - 7,;) ... ± ГД.

(0

Функция преобразования данного вольтметра согласно уравнению (4) имеет вид

I ( - 7,) пТ ±Т,. (5)

Из выражения (5) видно, что при суммировании ряда выходных интервалов ШИМ - преобразователя абсолютное значение погрешности преобразователя остается постоянным (равным То), а относительное - уменьшается в число раз, равное числу суммируемых интервалов, что и приводит к устранению погрешности суммирования непримыкающих интервалов.

Формула изобретения

Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий последовательно соединенные дифференциальный интегратор и пороговое устройство, источники образцового и опорного напрялчений, задатчик такта преобразования, генератор образцовой частоты и

счетчик, причем неинвертирующий вход интегратора подключен к входным клеммам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены задатчик интервала суммирования, суммирующее

устройство и элемент И, выход которого соединен со входом счетчика, а входы - с выходом задатчика интервала суммирования, с выходом источника образцового напряжения и инвертирующим входом интегратора,

а также с выходом генератора образцовой частоты и входами суммирующего устройства и задатчика такта преобразования, при этом выход порогового устройства соединен со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источника опорного наиряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. П. П. Орнатский. Автоматические измерения и приборы, Киев, «Высшая школа, 1973, с. 432.

2. Авторское свидетельство СССР № 365038, кл. Н ОЗК 13/20, 01.02.71.