Цифровой интегрирующий измеритель отношения двух постоянных напряжений Советский патент 1979 года по МПК G01R19/10 

1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах.

Известные цифровые вольтметры с двухтактным интегрированием, содержащие коммутатор, входной усилитель, интегратор, сравнивающее устройство и логическую схему управления ключами коммутатора, могут функционировать как измерители отнощения двух постоянных разнополярных напряжений. В таком режиме одно напряжение Uj должно быть подано через ключ коммутатора, замыкаемый на первом такте, а другое напряжение Uz, противоположной полярности, - через ключ, замыкаемый на втором такте 1.

Однако в вольтметрах с высокой разрещающей способностью и помехоустойчивостью переход к режиму измерения отнощения двух напряжений, приводит к появлению значительных погрещностей. Это обусловлено спецификой структуры и режима работы таких вольтметров, так как для повыщения линейности шкалы при измерении малых напряжений Ji в высокочувствительных вольтметрах оказывается необходимым устранить влияние внутренних коммутационных помех. С этой целью после окончания первого такта в течение дополнительного фиксированного интервала времени предусматривается ин.тегрирование дополнительного постоянного напряжения одинаковой полярности с измеряемым, либо смещение на втором такте уровня срабатывания сравнивающего устройства посредством подачи на его второй вход дополнительного постоянного напряжения. Поскольку и в том и в другом случае дополнительное напряжение является постоянным и составляет некоторую фиксированную часть опорного напряжения, длительность второго такта, несущая информацию

о значении измеряемого напряжения Uj в обоих вариантах получает постоянное по величине приращение. С целью получения правильного отсчета в логической части вольтметра цифровым способом осуществляется вычитание кода указанного приращения.

Для увеличения подавления помех нормального вида при нестабильности частоты напряжения помехи в вольтметрах с двухтактным интегрированием длительность первого такта часто разделяют на два равных подтакта с паузой между ними. Длительность каждого их подтактов обычно выбирается равной (2п + 1) . где Ткин. - минимально возможный период помехи; п - любое целое число (О, 1, 2... и т.д.). При этом длительность паузы между ними составит-р. уин (2п+1)2 где Т - реальный период помехи. Уменьшение интеграла напряжения Ui на первом такте за счет паузы между подтактами компенсируется посредством соответствующего уменьшения величины постоянного опорного напряжения, интегрируемого па втором такте. В режиме измерения отношения входных напряжений Ui/Uz использование постоянного дополнительного напряжения с целью повышения линейности шкалы при малых значениях U| лишено смысла, поскольку в качестве опорного применяется неизвестной величины напряжение Ug. Разделение первого такта интегрирования Ui на два подтакта с паузой между ними приводит при измерении отношения Ui/U к появлению мультипликативной погрешности, которая при изменяющемся Uz в известных схемах вольтметров не может быть скомпенсирована. Указанные обстоятельства ограничивают функциональные возможности высокочувствительных и помехоустойчивых вольтметров с двухтактным интегрированием, не позволяя их использовать для точного измерения отношения напряжений. Целью настоящего изобретения является повышение линейности шкалы при малых значениях отношения Ui/Ua и снижение мультипликативной погрешности цифрового измерителя отношения двух постоянных напряжений, построенного на базе цифрового вольтметра с двухтактным интегрированием. Поставленная цель достигается тем, что цифровой интегрирующий измеритель отношения двух постоянных напряжений, содержащий последовательно соединенные коммутатор измеряемых напряжений, входной усилитель, интегратор, сравнивающее устройство, логическую схему, управляющую коммутатором, сн-абжен инвертирующим усилителем, резистивным делителем и ключом, при этом вход инвертирующего усилителя соединен со входом интегратора, а выход через последовательно соединенные ключ, управляемый логической схемой, и резистивный делитель подсоединен ко второму входу сравнивающего устройства, а также тем, что введен резистор, включенный между выходом ключа и суммирующей точкой интегратора. На чертеже представлена функциональная схема цифрового измерителя отношения напряжений. Цифровой измеритель отнощения содержит коммутатор входных напряжений 1, входной усилитель 2, интегратор, состоящий из операционного усилителя 3,- резистора 4 и конденсатора 5, сравнивающее устройство 6, инвертирующий усилитель 7, ключ 8, резистор 9, резистивный делитель 10 и логическую схему 11, управляющую коммутатором и ключом. Ключ 8 замыкается по сигналу логической схемы 11 только на интервале второго такта интегрирования. При этом в течение времени второго такта на второй вход сравнивающего устройства 6 с выхода входного усилителя 2 через инвертирующий усилитель 7, ключ 8 и резистивный делитель 10 подается смещающее напряжение, пропорциональное Uz и противоположное ему по знаку. За счет этого обеспечивается линейность шкалы цифрового измерителя отношения при малых Ut. Возникающее в данном случае приращение второго такта интегрирования компенсируется в логической части прибора указанным ранее приемом. Одновре менно через резистор 9, подсоединенный к суммирующей точке интегратора, происходит вычитание Части интегряруемого на втором такте напряжения. Относительная величина вычитаемого напряжения постоянна и определяется отнощением сопротивления резистора 4 к сопротивлению резистора 9. Если это отношение выбрано равным максимально допустимой относительной нестабильности частоты помехи нормального вида, то при этом происходит компенсация мультипликативной погрешности, возникающей за счет разделения первого такта интегрироаания для повышения помехоустойчивости на два подтакта с паузой между ними. Восстановление исходного состояния интегратора по окончании второго такта осушествляется любым известным способом, например, замыканием конденсатора 5 накоротко. При этом высокоточный и высокочувствительный цифровой вольтметр с двухтактным интегрированием может функционировать и как высокочувствительный и высокоточный цифровой измеритель отношения двух постоянных напряжений. Нелинейность шкалы такого цифрового измерителя отношения при малых значениях Ui /Ua и его мультипликативная погрешность могут быть уменьшены за счет введения описанных дополнительных элементов до половины единицы младшего разряда. В результате увеличивается сфера его применения, а в ряде случаев оказывается возможным обойтись одним прибором вместо двух. Формула изобретения 1. Цифровой интегрирующий измеритель отношения двух постоянных напряжений, содержащий последовательно соединенные ком мутатор измеряемых напряжений, входной усилитель, интегратор, сравнивающее устройство, логическую схему, управляющую коммутатором, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности шкалы при малых значениях отношения, он снабжен инвертирующим усилителем, резистивным делителем и ключом, при этом вход инвертирующего усилителя соединен со входом интегратора, а выход через последовательно соединенные ключ, управляемый логической схемой, и резистивный делитель подсоединей ко второму входу сравнивающего устройства. 2. Цифровой интегрирующий измеритель отношения двух постоянных напряжений по п. 1, отличающийся тем, что, с целью компенсации мультипликативной погрешности, возникающей при разделении первого такта интегрирования на два подтакта с паузой между ними, введен резистор, включенный между выходом ключа и суммирующей точкой интегратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Орнатский П. П. Автоматические измерения и приборы. Киев, «Техника, 1971, с. 432-434.