Автоматический широкодиапазонный измеритель постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G01R19/00 

1

Предлагаемое изобретение относится к области измерения малых токов ( 10 А) и может быть использовано при создании автоматических широкодиапазонных измерителей постоянного тока и напряжения, а также при разработке радиометрической и дозиметрической аппаратуры, в частности при создании автоматических широкодиапазонных радиометров или дозиметров, в которых в качестве детектора радиоактивного излучения используется аналоговый детектор, например токовая ионизационная камера.

Известен измеритель постоянного тока с автоматическим переключением поддиапазонов, содержаший усилитель постоянного тока (УПТ), измерительный ирибор, автоматический переключатель поддиапазонов (АПП) и индикатор поддиапазонов 1.

Основным недостатком известного измерителя является ограниченный диапазон измеряемых токов - не более 3-х порядков. Расширение диапазона измерения приводит к значительному увеличению погрешности измерения за счет ограниченности линейного участка выходной характеристики УПТ.

Известен также автоматический широкодиапазонный измеритель постоянного тока, содержащий усилитель постоянного тока (УПТ) с отрицательной обратной связью.

измерительный прибор, автоматический переключатель поддиапазонов (АПП) с времязадаюшим устройством, пороговое устройство и индикатор иоддиапазонов. В данном устройстве осуш,ествляется автоматическое изменение чувствительности УПТ 2.

Основным недостатком известного измерителя является ограниченный диапазон измерения - не более 4-6 порядков, так как в нем АПП имеет всего два устойчивых состояния и соответственно в цепи обратной связи УПТ всего два элемента обратной связи.

Другой суш.ественный недостаток известного измерителя - значительная погрешность измерения, обусловленная искаженнем результатов измерения, либо ложным срабатыванием АПП, так как цепь измерения и цепь управления чувствительностью УПТ электрически связаны между собой, а также тем, что цепь управления чувствительностью УПТ не охвачена обратной отрицательной связью. Вероятность ложного срабатывания АПП обуславливается также дрейфом опорного напряжения.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона измерения и снижение погрешности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель введен донолнительный датчик порогового сигнала, каждый датчик порогового сигнала оптически связан с измерительным прибором, имеющим световой указатель и подсоединен к соответствующей управляющей шине верхнего или нижнего порога автоматического переключателя поддиапазонов, выполненного на основе реверсивного сдвигового регистра с числом разрядов, равным числу поддиапазонов, причем выход каждого разряда подсоединен к обмотке управления реле соответствующего поддиапазона усилителя и подключен через ключ к индикаторам поддиапазона.

На чертеже представлена структурная схема автоматического щирокодиапазонного измерителя тока.

Измеритель тока содержит усилитель постоянного тока (УПТ) 1, измерительный прибор 2 со световым указателем, автоматический переключатель поддиапазонов 3, светоцветовой индикатор поддиапазона 4, потенциальный индикатор поддиапазона 5, группу ключей 6 и источник напряжения 7.

Элементы обратной связи 8 (например, резисторы) включаются в цепь обратной связи УПТ 1 с помощью нормально разомкнутых контактов 9 вьгсокоомных реле 10 с обмоткой управления 11.

На щкале 12 пзмерительного прибора 2 установлены пороговые фотоэлектрические датчики 13 (например, фоторезисторы), которые могут фиксироваться в любой точке шкалы 12.

АПП представляет собой реверсивный сдвиговый регистр, который содержит времязадающее устройство 14 (например, тактовый генератор) и л разрядов регистра 15. Число разрядов регистра 15 определяет количество поддиапазонов п. Разряды регистра 15 могут быть выполнены, например, на основе /-/С-триггеров.

Светоцветовой индикатор поддиапазона 4 содержит элементы 16 светоцветовой индикации (например, лампы накаливания) в сочетании с цветными фильтрами, выделяющими зоны измеряемого сигнала.

Нотенциальный индикатор поддиапазонов 5 содержит нагрузочный резистор 17, группу промежуточных резисторов 18 и регулирующий резистор 19.

Резистор 20 служит для вывода показаний измерительного прибора 2 на аналоговый регистратор.

На чертеже для упрощения показан измеритель тока с 4-мя поддиапазонами, аналогично строится и измеритель с любым числом поддиапазонов.

Работает автоматический широкодиапазонный измеритель постоянного тока следующим образом.

При измерении тока па f-ом ноддианазоне, только t-ый разряд сдвигового регистра

15 находится в состоянии «1, что обеспечивает постоянное замыкание контактов t-ro высокоомного реле 10 и соответственно включение i-ro резистора 8 в цепи обратной связи УПТ 1. Параллельно информации с 1-го разряда сдвигового регистра 15 подается на i-ый ключ 6, который включает соответствующий t-ый элемент 16 светоцветовой индикации индикатора поддиапазона 4 и задает определенный уровень потенциала индикации (1/2) г на нагрузочном резисторе 17 потенциального индикатора поддиапазона 5 через f-ый резистор 18. Времязадающее устройство 14 работает все время и подает на входы всех разрядов регистра 15 синхронизирующие сигналы с частотой /, но не вызывает изменение состояния разрядов сдвигового регистра 15, пока световой указатель измерительного прибора 2 находится вне зоны действия пороговых датчиков 13.

При увеличении величины тока / на входе УПТ 1 увеличивается величина выходного сигнала УПТ 1, и световой указатель

измерительного прибора 2, показанный на схеме двойной стрелкой, смещается к максимальному значению рабочей части шкалы 12 измерительного прибора 2 и начинает освещать фотоэлектрический датчик

13 верхнего порога. Сигнал с фотоэлектрического датчика 13 по сдвиговой шине поступает па входы всех разрядов сдвигового регистра 15. Синхронизирующий сигнал с времязадающего устройства 14, поступающий по синхронизирующей щине на входы всех разрядов регистров 15, переводит в состояние «1 только t-l-1-ый разряд сдвигового регистра 15, так как только вход данного разряда разблокирован потенциалом с i-ro разряда сдвигового регистра 15, при этом сигнал, поступающий с выхода t4-l-ro разряда в обмотку 11 высокоомного реле 10 i-f-l-ro поддиапазона, обеспечивает замыкание контактов 9 и включает

резистор 8 в цепи обратной связи УПТ 1. Это приводит к ступенчатому изменению чувствительности УПТ 1.

Параллельно подается информация на индикаторы поддиапазонов 4 и 5. После

перехода t+1-го разряда сдвигового регистра 15 в состояние «1. t-ый разряд регистра 15 переводится в состояние «О, а соответствующие контакты 9 высокоомного t-ro реле 10 размыкаются. Если после этого световой указатель измерительного прибора 2 выходит из зоны действия порогового датчика 13, то автоматический широкодиапазонный измеритель останавливается на данном поддиапазоне измерения. Если

же световой указатель измерительного прибора 2 не выходит из зоны действия порогового датчика 13 за время 1//, то автоматический переключатель поддиапазонов производит переключение на г- -2-ой поддиапазон, и так до тех пор, пока световой

указатель измерительного прибора 2 не выходит из зоны действия порогового датчика 13.

Аналогично, при уменьшении величины входного тока происходит переключение поддиапазонов в сторону i-1-го, i-2-го поддиапазонов и т. д.

Создание измерителя постоянного токае АПП на основе реверсивного регистра, каждая из двух сдвиговых шин которого подключена к соответствующему фотоэлектрическому датчику верхнего и нижнего порогов измерительного прибора со световым указателем, позволяет построить автоматический измеритель постоянного тока или напряжения, перекрывающий необходимый диапазон измеряемых величин, при этом легко осуществить разбивку всего диапазона измерения на любое необходимое количество поддиапазонов - путем выбора числа разрядов сдвигового регистра, а также числа и величин резисторов (или других элементов) в цепи обратной связи УПТ. Разумное квантование всего диапазона измерения на поддиапазоны (например, с кратностью 10 или 3) обеспечивает ОлТ,инаковую погрешность измерения для всех поддиапазонов при использовании показывающего прибора с линейной шкалой.

При этом упрощается схема УПТ и спижается погрешность измерения, так как необходимо обеспечить линейность УПТ при изменении измеряемого сигнала в пределах не более чем одного порядка.

Введение в устройство по предлагаемому изобретению измерительного прибора со световым указателем и фотоэлектрическими датчиками верхнего и нижнего порогов, соединенными с соответствующими сдвиговыми шинами АПП, обеспечивает электрическую развязку измерительной и управляющей цепей, поэтому исключает как ложное срабатывание АПП, так и искажение результатов измерения, вызванное влиянием управляющей цепи.

Преимуществом предлагаемой схемы является простая регулировка порогов (даже в рабочем режиме) путем перемещения фотоэлектрических датчиков вдоль шкалы измерительного прибора.

В устройстве по предлагаемому изобретению вся измерительная цепь целиком охвачена обратной отрицательной связью, что обеспечивает снижение погрешности измерения.

Предложенное сочетание предлагаемого АП11 с потенциальным индикатором поддиапазона позволяет осуществить регистрацию показаний измерителя во всем поддиапазоне измерения с помощью обычных двух (и более) точечных самопишущих потенциометров, имеющих линейную шкалу с одновременной индикацией поддиапазона измерения, а также позволяет осуществить ввод данных в ЭВМ.

Формула изобретения

Автоматический широкодиапазонный измеритель постоянного тока, содержащий Зсилитель с отрицательной обратной связью, измерительный прибор, включенный на выходе усилителя, индикаторы поддиапазона, датчик порогового сигнала и автоматический переключатель поддиапазонов с времязадающим устройством и с выходом, подключенным в обмотке управления реле, коммутирующего элементы обратной связи усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и снижения погрешности измерения, в него введен дополнительный датчик порогового сигнала, каждый датчик порогового сигнала оптически связан с измерительным прибором, имеющим световой указатель, и подсоединен к соответствующей управляющей щине верхнего или нижнего порога автоматического переключателя поддиапазонов, выполненного на основе реверсивного сдвигового регистра с числом разрядов, равным числу поддиапазонов, причем выход каждого разряда подсоединен к обмотке управления реле соответствующего поддиапазона усилителя и подключен -через ключ к индикаторам поддиапазона.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 1273682, кл. 21е 15/08, опублик 25.07.68.

2.Патент США № 3611131, кл. 324-115, опублик. 05.10.71.