Цифровой измеритель напряжения Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 

ча и выходом счетчика импульсов. Счетный вход счетчика импульсов соедииен с выходом аиалого-цифрового преобразователя и первым входом четвертого электронного ключа, второй вход которого соединен с установочными входами счетчика имиульсов и шестым выходом блока управления, выход четвертого электронного ключа - с третьим входом вычислительного блока, а седьмой выход блока управления и его вход - соответственно с вторым входом третьего электронного ключа и выходом блока сравнения кодов.

Структурная электрическая схема предлагаемого устройства представлена на чертеже.

Устройство содержит двухпозиционный переключатель 1, первый вход которого подключен к выходу источника 2 измеряемого напряжения, второй вход через цифроаиалоговый преобразователь (ЦАП) 3 соединен с выходом электроииого ключа 4, а третий вход - к нервому выходу блока 5 управления, второй выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6, второй вход которого связан с выходом переключателя 1, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока 5 управления 8 - соответственно с первыми входами вычислительного блока 7 и электронных ключей 4, 8, 9 и 10. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с вторым входом ключа 9 и счетным входом счетчика 11 импульсов, установочные входы которого соединены с шестым выходом блока 5 управления 8, а выход - с входом ключа 10 и первым входом блока 12 сравнеиия кодов. Выход блока 12 связан с входом блока 5 управления, а второй вход блока 12 - с выходом регистра 13 хранения, вход которого соединен с выходом ключа 10 и входом регистра 14 памяти. Первые вход и выход регистра 14 подключены соответственно к выходу и второму входу вычислительного блока, третий вход которого соедииен с выходом ключа 9. Второй выход регистра памяти 14 соединен с вторыми входами ключей 4 и 8, выход ключа 8 - с входами блока 15 цифровой индикации и блока 16 цифровой регистрации.

Устройство работает следуюш,им образом.

Первоначально ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6 с цомошью двухнозиционного переключателя 1 подключается источиик 2 измеряемого напряжения. Код измеряемого иаиряжения, преобразованного в АЦП 6, записывается в счетчике 11 и через ключ 10 подается в регистр 13 хранения и регистр 14 памяти, откуда переписывается в вычислительный блок 7 и через ключ 4 подается на вход цифроаналогового иреобразователя (ЦАП) 3. На выходе последнего получается иаиряжение, равное по величине результату цифрового преобразования АЦП 6 измеряемого напряжения (со всеми погрешностями). Это вспомогательное напряжение с иомощью переключателя 1 подключается к АЦП 6, и производится его цифровое преобразование. Образующийся код последовательно вводится в предварительно обнуленный счетчик 11 до сравнения с исходным кодом измеряемой величииы, момент которого отмечается блоком 12 сравнеиия кодов.

Если момент сравнения наступил раньше, чем произошло полное преобразование

вспомогательного напряжения в цифровой код, то код погрешности первого приближения, соответствующий разности между образующимся и исходным кодом, через ключ 9 поступает в вычислительный блок

7, где вычитывается из ранее записанного исходного кода измеряемого напряжения. Если же код вспомогательного напряжения сформировался, а момеит сравнения еще не наступил, то код погрешности первого приближения, соответствующий разности исходного и полученного кодов, через ключ 9 поступает в вычислительный блок 7, где складывается с исходным кодом измеряемого напряжения. Полученный

«первый скорректированный результат из вычислительного блока 7 переписывается в регистр 14 памяти и далее через ключ 4 подается в ЦАП 3, на выходе которого получается соответствующее напряжения. В

результате цифрового преобразования напряжения ЦАП 3, производящегося по описанному алгоритму, в вычислительном блоке 7 образуется «второй скорректированный результат, определяющий соответствующее напряжение ЦАП 3. Далее коррекция осуществляется аналогично. Очевидио, что каждый последующий скорректированный результат получается точнее предыдущего, поэтому цифровую индикацию и

регистрацию целесообразно ироводнть с некоторого по счету скорректированного результата в зависимости от заданной точности и погрешности АЦП 6. В процессе преобразования по способу

последовательных приближеиий, при заданном конечном числе циклов коррекции возможна ситуация, когда погрешности оказываются полностью скорректированными, а измерительио-вычислительный процесс еще

не закончен. Это приводит к дополнительным потерям в быстродействии. Предложенное устройство лишено приведенного недостатка. Для этого блок 5 управления предусматривает прекращение измерительно-вычислительного процесса с выводом рез}льтата измерения через ключ 8 на блок 15 цифровой индикации и блок 16 цифровой регистрации, если исходный код измеряемого напряжения (со всеми погрещностями) равен коду преобразованного напряжения ЦАП 3, так как при этом .код погрешности очередного по счету приближения не формируется. Это означает, что погрешности аналого-цифрового преобразования оказываются полностью скорректированными. В результате прямого измерительного преобразования аналоговой величины получаем следующую зависимость: У. )+У. (1) где г/о - результат измерительного преобразования измеряемой величины;а - относительная мультипликативная составляющая погрешности цифрового преобразования; V - абсолютная оддитивная составляющая погрешности цифрового измерения. Считаем, что погрешности, вносимые входным переключателем 1 и ЦАП 3, пренебрежимо малы. Полагая, что за время измерения состояния измерительной схемы (се и v) значения измеряемой величины остаются неизменными, для первого скорректированного результата -получим .+ , где - код погрешности «первого приближенияN, -{y,-y, -{I(l+«)z/, + ), здесьг/о (1+0-) z/o+i - результат цифрового преобразования напряжения обратно преобразуемого кода г/о. Поставляя в выражение для у значение у о из выражения (1), нолучим г/, 1/,(1-аГ-аУ..(2) Для второго скорректированного результата имеем Уа i/i + . где А, - {,-y, -{(+o.}y,,}. Представляя в выражение для t/2 соответствующие значения из выражений (1) и (2), получим г/, 1/Л1+а) + .(3) Производя аналогичные вычисления для «-ГО скорректированного результата, нолучим:Уп Л1 - (- xr+J + (-а) V. (4) Как видно из формулы (4), при соблюдении оговоренных условий, начиная с определенного скорректированного результата, погрешность измерения практически не зависит от погрешности цифровой измерительной системы и определяется погрешностями входного переключателя 1 и ЦАП 3, которые целиком входят в результат измерения. Из изложенного следует, что для осуществления п циклов коррекции необходимо Произвести всего («+) операцию измерения, что при достаточно большом п дает двухкратный выигрыш в быстродействии по сравнению с приведенным прототипом. Следует также отметить, что еше одним преимуществом данного устройства является возможность прекращения измерительно-вычислительного процесса при осуществлении полной коррекции погрешности измерения независимо от заданного числа циклов коррекции. Формула изобретения Цифровой измеритель нанряжения, содержащий двухпозиционный переключатель, первый вход которого подключен к выходу источника измеряемого сигнала, второй вход через цифроаналоговый преобразователь соединен с выходом -первого электронного ключа, а третий вход соединен с первым выходом блока управления, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первыми входами аналого-цифрового преобразо-вателя, вычислительного блока, первого и второго электронных ключей, а выход двухпозиционного переключателя соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход и выход вычислительного блока соединены соответственно с первым выходом и входом регистра памяти, второй выход которого соединен с вторыми входами нервого ,и второго электронных ключей, а выход второго электронного ключа соединен с входами блоков цифровой индикации и цифровой регистрации, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, в него введены два электронных ключа, счетчик импульсов, блок сравнения н регистр хранения, вход которого соединен с выходом третьего электронного ключа и вторым входом регистра памяти, а выход которого соединен с первым входом блока третьего электронного ключа и выходом счетчика имнульсов, счетный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя и первым входом четвертого электронного ключа, второй вход которого соединен с установочными входами счетчика импульсов и с шестым выходом блока управления, а выход четвертого электронного ключа соединен с третьим входом вычислительного блока, а седьмой выход блока управления и его вход соединены соответственно с вторым входом третьего электронного ключа и выходом блока сравнения кодов. Источники информации принятые -во внимание при экспертизе 1. Алиев Т. М. и СейдельЛ. Р.Автоматиская коррекция погрешности цифровых измерительных нриборов. М., «Энергия, 1975, гл. 2-1. 2. Авторское свидетельство СССР № 219290, кл. Н ОЗК 13/02, 1967.