Цифровой вольтметр переменного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R19/02 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для точного изморония действующего значеЕшя переменного напряжения. Известен цифровой вольтметр переменного напряжения, входной зажим которого через входной сумматор и широкополосный усилитель с регулируемым звеном обратной связи подсоединены к входному преобразователю действующих значений, выход которого через выходной сумматор соединен с выходом опорного преобразователя действующих значений, вход которого через переключатель подсоединен к источнику опорного тока в первый такт измерения непосредственно, а во второй такт через делитель тока, выходной сумматор через нуль-орган соединен с одним из входов рет-улируемого звена, выхоц которого через преобразователь напряжения в частоту и реверсивный счетчик соединен с индикаторным устройством 1. Недостатком такого устройства является то, что ксул1 тнпликативная погреш- ность преобразователя переменного напряжения в постоянное, которая определяется величиной частотной погрешности П ре дв ключе иного делителя и широкополосного усилитопя, либо полностью входит в результирующую погрешность, либо корректируется недостаточно эффективно. Известен также цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное (широкополосный усилитель и преобразователь действующих значений), вход которого через переключатель соединен со входом прибора или с выходом преобразователя постоянного напряжется в переменное, уровень постояннотчз напряжения которого определяется напряжением на запоминающем устройстве, которое подсоединено к выходу преобразователя переменного напряжения в постоянное, интегрирующие усилители соединены последсжательно с компараторами, выходы которых соедине пы с блоком автоматики, входы первого из интеграторов через ключи соединены с источником постоянного напряжения и выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, а входы второго интегратора через ключи подсоединены к преобразователю переменного напряжения в постоянное и запоминающему устройству, , генератор импульсов через блок автоматики соединен со,счетчиком импульсов и цифровым отсчетным устройством- 2. Недостатком этого устройства является низкая точность и быстродействие при значительной частотной погрешности высокочастотного тракта (входного коммутатора и широкополосного усилителя что является следствием калибровки на одной частоте и существенной нестабильности частотной характеристики в област высоких частот широкополосного усилите ля, охваченного петлей обратной связи. Целью изобретения является повыщение быстродействия и точности измерени Указанная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр переменного.напря жения, содержащий щирокополосный усилитель, преобразователь действующих значений напряжения, два ключа, интегратор, компаратор, блок автоматики, генератор импульсов, введены генератор белого шума, перемножающее устройство дополнительный интегратор, причем вход щирокополосного усилителя через послед вательно соединенные генератор белого щума и перемножающее устройство соединен со своим выходом, а выход перемножающего устройства через дополнительный интегратор соединен со вторым входом второго ключа. Структурная электрическая схема пре длагаемого устройства приведена на чер теже. Устройство содержит широкополосный усилитель 1 и преобразователь 2 дейст вующих значений напряжения, ко входу которого подсоединен генератор 3, а вы ход преобразователя 2 через ключ 4 со единен последовательно с интегратором 5 и компаратором 6, один из входов перемножающего устройства 7 соединен с генератором 3, второй вход подсоединен к выходу щирокопопосного усилителя 1, а выход перемножающего устройства 7 через интегратор 8 и ключ 9 подсоедин ко ВХОДУ интегратора 5, управляющие входы блока 10 автоматики, который ос .ществляет управление ключами 4 и 9, с единены с выходом компаратора 6 и вы ходом генератора 11 импульсов, выход блока 10 через счетчик 12 импульсо. соединен с цифровым отсчетным устройством 13. Принципиальная возможность осуществления мультипликативной коррекции при построении предлагаемого цифрового милливольтметра основана на возможности как уровнёвого, так и статистического разделения двух и более статистически независимых сигналов, в данном случае ( t ) МИЛЛИВОЛЬТВХОДНОГО сигнала U ( t ) шумового геметра и сигнала нератора 3. Работа устройства осуществляется следующим образом. На вход щирокополосного усилителя 1 одновременно с информативным входным сигналом у, (t ) подается сигнал генератора 3 (в качестве которого целесообразно использовать генератор белого щума), уровень которого определяется из допустимой величины коэффициента щума. Сигнал с выхода щирокополосного усилителя 1 подается на один из входов перемножающего устройства 7, на другой вход которого поступает сигнал непосредственно с генератора 3. После перемножения и усреднения, произведенных соответственно устройствами перемножения 7 и- интегратором 8, выходной сигнал пропорционален взаимокорреляционной функции двух сигналов. На выходе интегратора 8 вьщеляется сигнал, который несет информацию с г гупьтипликативной составляющей погрешности, измеряемое напряскение через первый ключ 4 поступает на вход интегратора 5, в результате выходное напряжение интегратора 5 начинает линейно расти. Через интервал времени, определяемый временем заполнения счетчика 1.2, имеющего емкость N , импульсами от генератора 11 первый ключ 4, управляемый блоком автоматики 10, отключает напряжение и на вход интегратора 5 через второй ключ 9 подается напряжение с выхода интегрирующего интегратора 8, имеющее обратную полярность. При этом напряжение на входе интегратора S будет линейно уменьшаться по абсолютной величине. Одновременно импульсы от генератора 11 начинают поступать в счетчик 12. В момент времени достижения выходным напряжением интегратора 5 нулевого уровня срабатывает компаратор 6 и блок автоматики 1О прекращает постзпшение импульсов в счетчик 12. этом код, записанный в счетчике 12i пропорционален скорр ктированному результату измерения действу ющего значения входного напряжения, В результате применения генератора белого шума снижаются требования к мультипликативной погрешности широко- полосного усилителя за счет того, что калибровочный сигнал перекрывает весь рабочий диапазон частот, а следовательно, точность измерения в широкой полосе частот выше, снимается проблема устойчивости широкополосного усилителя за счет применения разомкнутой структуры последнего« Формула изобретения Цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий последовательно сое диненные широкополоеtOiiE усилитель, пре образователь действующих значений напряжения, первый ключ, интегратс, компаратор, вход интегратора соединен с вы ходом второго ключа, первый вход которого соединен с первым выходом блока автоматики, второй выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, третий выход через счетчик импульсов соединен с цифровым отсчетным устройством, а вход блока автоматики соединен с выходом генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, введены генератор белого шума, перемножающее устройство, дополнительный интегратор, причем вход широкополосного усилителя через последовательно соединенные генератор белого шума и перемножающее устройство соединен со своим выходом, а выход перемножающего устро1йства через дополнительный интегратор соединен со вторым входом второго ключа. Исвочники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 386344, кл. G О1 R 19/02, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР М 606207, кл, G 01 R 19/02, 1977 (прототип).