Цифровой измерительный прибор Советский патент 1980 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и .предназначено для точного измерени ока, напряжения и сопротивления. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является бор, представляющий собой цифровой вольтметр и построенный на основе аддитивного итерационного метода автоматической коррекции погрешнос тей 1. Недостатком данного прибора является то, что точность измерения oпpeдeJlяeтcя, помимо точности цифр аналогового преобразователя, точностью преобразователей тока и сопр тивления в напряжение, при этом их погрешности не корректируются. . Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей и повЕлшение точности измерения напряжения тока и сопротивления. Поставленная цель достигается те что в известный цифровой измеритель ный прибор, содержащий масштабный усилитель, преобразователь напряжения в частоту, ключи прямого и обратного счета, реверсивный счетчик дешифратор, цифровой регистратор. матрицу перезаписи, первый входной переключатель,цифроаналоговый преобразователь напряжения, блок управления, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом матрицы перезаписи, а выход - с первым входом первого входного переключателя, выход преобразователя напряжения в частоту соединен со входами ключей прямого и обратного счета, выходы которых соединены соответственно с входами прямого и обратного реверсивного счетчика, соединенного со входами матрицы перезаписи и дешифратора, выход которого соединен со входом цифрового регистратора, и управляющий вход - со вторым выходом блока управления, первый, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами матрицы перезаписи и к.пючей прямого и обратного счета,, введены два входных переключателя, один ключ, два прецизионных резистора и переключатель рода работ, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с выходом масштабного усилителя и одним контактом первого резнетора, сйыходом третьего входного переключателя, со вторым входным зажимом прибора, со вторым входом третьего входного переключателя, первым входным зажимом прибора и вторым .входом второго входного переключателя, первый вход которого подключен к второму контакту первого резистора, с выходом цифроаналогового преобразователя напряжения и первым входом первого и третьего входных переключателей, с выходом источника опорного напряжения цифроаналогового преобразователя напряжения, а первый второй и третий выходы переключателя рода работ соединены соответственно .со входом преобразователя напряжения в частоту; с первым входом переключателя рода работ; с выходом второго входного переключателя, входом масштабного усилителя и выходом ключа; с первым контактом второго резистора, соединенного вторым контактом со вторым входом первого входного переключателя, выход которого соединен СО входом ключа, а управляющий вход ключа - с шестым выходом блока управления, седьмой, пятый и восьмой выходы которого соединены соответственно с управляюшими входами первого, второго и третьего входных переключателей.

На чертеже представлена блок-схем цифрового измерительного прибора, Он содержит цифроаналоговый преобразователь 1 напряжения (ЦАП), состощий из источника 2 опорного напряжения и преобразователя 3 кода в проводимость, прецизионный резистор 4R, входные переключатели 5,6 и 7, ключ 8, прецизионный резистор 9R, операционный усилитель 10, переключатель 15 рода работ, содержащий переключатели 11, 12, 13 и ключ 14, блок 16 управления, .преобразователь 17 напряжения в частоту (ПНЧ), ключи прямого 18 и обратного 19 счета, цифровой регистратор 20, дешифратор 21, реверсивный счетчик 22, матрицу 23 перезаписи, входные зажимы 24,

При измерении напряжения по сигналу от блока 16 управления ключ 8 отключен и входной переключатель 7 находится в нижнем положении, Переключа-велем 15 рода работ переключатели 11 и 12 ставятся в нижнее положение. Измеряемое напряжение подключается ко входу 24 прибора, и ПНЧ 17 преобразуется в число импульсов. В момент начала измерения блок 16 упраления открывает ключ 18 прямого счета и импульсы складываются в реверсивном счетчике 22, Полученный код запоминается в реверсивном счетчике 22 и переписывается в матрицу 23 перезаписи, выходные сигналы которой управляют ключами ЦАП 1. Полученное на выходе ЦАП напряжение через входной переключатель 7, установленный

ешоком 16 управления в верхнее положение, подводится на вход ПНЧ 17 и преобразуется в число импульсов, которые, через открытый блоком 16 ут1равления обратный ключ 19 вычитаютс ся на реверсивном счетчике 22.

К полученной разности прибавляется результат повторного измерения входного напряжения Таким образом получается скорректированный результат измерения.

Далее этот результат преобразуется в напряжение при помощи ЦАП 1 и производится цифровое измерение полученного напряжения в режиме вычитания реверсивного счетчика 22.

5 Полученный код вычитается из первого скорректированного результата и к полученной разности прибавляется результат повторного цифрового измерения и . Образуется второй скорректированный результат измерения.Далее процесс измерения может быть аналогично продолжен.

Точность измерения входной величины в этом случае определяется в основном точностью ;цифроаналогового, преобразоватепя напряжения.

Измерение сопротивления произвоQ дится с помощью масштабного усилителя 10,где измеряемое сопротивление R включено в цепь обратной связи усилителя .

По сигналу блока 16 управления входные переключатели 5 и 6 -ставятся в нижнее положение и замыкается ключ 8, Переключателем 15 рода работ переключатели 11 и 12 ставятся в верхнее положение, ключ 14 отключается и переключатель 13 ставится

в нижнее положение (Rx подключается к входному зажиму 24 прибора), В этом случае выходное напряжение усилителя 10 определяется выражением

RX

Uo, Кг

где UQ - выходная величина источника 2 опорного напряжения ЦАП 1,

Q Напряжение подается на вход ПНЧ 17 и .производится его цифровое измерение в режиме сложения реверсивного счетчика 22, Полученный код запоминается в счетчике и перезаписывается в матрицу 23 перезаписи.

Выходные сигналы матрицы 23 перезаписи управляют ключами преобразователя 3 кода в проводимость, набирая на выходе соответствующую величину проводимости. По сигналу от блока

0 16 управления переключатели 5 и 6 ставятся в верхнее положение и в результате в цепь обратной связи усилителя 10 подключается резистор Rj 9, а на вход усилителя Ю подключается

5 выходная величина Ry преобр- гонателя 3 кода в проводимость, При этом выходное напряжение усилителя равно п° - - гт вых . Йц о- Полученное напряжение с помощью ПНЧ 17 преобразуется в число импуль сов, которое измеряется в режиме вы читания реверсивного счетчика 22. К полученной разности прибавляется результат повторного измерения Uf,B(,, как в первом такте измерения. Таким образом, получается первый скоррект рованный результат измерения , пропорционального RX . Полученный первый скорректирован ный результат преобразуется в прово димость, а в цепь обратной связи ус лителя включается сопротивление R Производится цифровое измерение выходного напряжения усилителя 10 и полученное значение вычитается из ранее запомненного первого скорректированного результата. К полученной разности прибавляет результат повторного измерения , пропорционального К и получается второй скорректированный результат измерения. Далее итерационный процесс продол жается аналогично. Точность измерения сопротивления определяется точностью преобразователя кода в проводимость и резисторов RJ и Rg . При измерении тока по сигналу . от блока 16 управления переключатель б ставится в верхнее положение и ключ 8 в разомкнутое состояние. Пере ключателем рода работ ключи 11 и 13 ставятся в верхнее положение, включается ключ 14, переключатель 12 ст вится в нижнее положение. Измеряемый ток TX подводится к входному зажиму прибора 24. Измеряемый ток проходит через резистор-9 и при этом выходное напряжение усилителя равно iix - I Это напряжение с помощью; ПНЧ 17 преобразуется в число импульсов, которые поступают на реверсивный счетчик 22 в режиме сложения. Полученный- код через матрицу перезаписи 23 управляет ключами преобразователя 3 кода в проводимость. По сигналу от блока 16 управления переключатель 5 ставится в нижнее положение и замыкается ключ 8. Полученный код с помощью ЦАП 1 и резистора RI преобразуется в ток, который подается на вход преобразователя тока в напряжение (усилитель 10 и резистор Rg 9) . Выходное напряжение усилителя 10 измеряется в режиме вычитания реверсивного счетчика 22. Далее к полученной разности прибавляется результат повторного цифровог измерения ly и получается первый скорректированный результат измерения 1х . Затем этот результат преобразуется в ток и производится его цифровое измерение в режиме вычитания реверсивного счетчика. Полученная разность прибавляется к результату измерения Х. Далее при надобности итерационный процесс може.т быть повторен. Точность измерения тока определяется точностью ЦАП, а также резисторов R и Rg. Использование такой структуры измерительного прибора создает возможность точного измерения напряжения, тока и сопротивления. Формула изобретения Цифровой измерительный прибор, содержащий масштабный усилитель, преобразователь напряжения в частоту, ключи прямого и обратного счета, реверсивный счетчик, дешифратор, цифровой регистратор, матрицу перезаписи, первый входной переключатель, цифроаналоговый преобразователь напряжения, блок управления, причем вход цифроаналогового преобразователя соединен с выходом матрицы перезаписи, а выход - С; первым входом первого входного переклю.чателя, выход преобразователя напряжения в частоту соединен со входами ключей прямого и обратного счета, выходы которых соединены соответственно с входами прямого и обратного реверсивного счетчика, соединенного со входами матрицы перезаписи и дешифратора, выход которого соединен со входом цифрового регистратора, а управляющий вход - со вторым выходом блока управления,- первый, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами матрицы перезаписи и ключей прямого, и обратного счета, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональных возможностей, он снабжен двумя входными переключателями, одним ключом, двумя прецизионными резисторами и переключателем рода работ, перВБй, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с выходом масштабного усилителя и одним контактом первого резистора, с выходом третьего входного переключателя; со вторым входным зажимом прибора со вторым входом третьего входного переключателя, первым входным зажимом прибора и вторым входом второго входного переключателя, первый вход которого подключен к второму контакту первого резистора; с выходом цифроаналогового преобразователя напряжения и. первыми входами первого и третьего входных переключателей, с выходом источника опорного напряжения цифроаналогового преобразователя напряжения, а первый, второй и третий выходы переключателя рода работ соединены соответственно со входом преобразователя напряжения в частоту, с первым входом переключателя рода работ, с выходом второго входного переключателя, эходом масштабного усилителя и выходом ключа; с первым контактом второго резистора, соединенного вторым контактом со вторым входом первого

входного переключателя, выход которого соединен со входом ключа, а управляющий вход ключа - с шестым выходом . блока управления, седьмой, пятый и восьмой выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого, второго и третьего входных переключателей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I, Алиев Т.М,, Сейдель Л.Р. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов. М., Энергия, 1975, с. 66 (прототип) .