Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой Советский патент 1980 года по МПК G01R19/25 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении слабых напряжений и токов, при выделении сигнала из шумов, а также при последовательном спектральном анализе сигнгшов Известно устройство для автоматической стабилизации усиления, содержащее регулируемый усилитель, сигнал с выхода которого подается одновременно на фильтр сигнала и в цепь обратной связи в виде последовательно соединенных фильтра пилот-сигнала и регулятора, другой вход которого под ключен к источнику опорного напряжения, и аттенюатор, соединенный со входом усилителя, причем выход фильт ра пилот-сигнала подключен ко входу аттенюатора D3 . Недостатком известного устройства является низкая точность.калибровки на частоте настройки селективного усилителя и9-за коммутационных ошибо при повышенных частотах калибровки и из-за отсутствия в цепях калибровки запоминающих устройств, и внизкой точности индикации частоты настройки селективного убилителя. Наиболее близким к изобретению по .технической сущности и достигаемому результату является селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержаитй входное устройство, последовательно соединенные регулируеьелй элемент, селективный усилитель, компаратор и первый ключ, к другому входу которого тАдключен тактовый генератор ; эталонный аттенюатор, подключенный входом к выходу селективного усилителя; блок управления, вход которого с селективным усилителем, а выход со входами линейного генератора и преобразователя напряжения, подключенного выходом к индикатору L2l . Недостаток этого селективного микровольтметра также заключается в низкой точности калибровки на частоте настройки селективного усилителя изза статической ошибки, которая быстро возрастает при малых уровнях входного сигнала, и в низкой точности индикации частоты настройки селективного вольтметра. Цель изобретения - уменьшение частотной погрешности измерения напряхсения и повыиение точности индикации частоты настройки селективного микровольтметра .

Указанная цель достигаетря за счет того, что в селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержа1чий входное устройство, последовательно соединенные регулируемый

элемент, селективный усилитель, компаратор и первый ключ, к другому вхо,ду которого подключен тактовый генератор, эталонный аттенюатор, подключенный входом к выходу селективного усилителя, блок управления, вход которого соединен с селективным усилителем, а выход - со входами линейного генератора и преобразователя напряхсения, подключенного выходом к ин-1 дикахору, введены цифроаналоговый преобразователь, включенный между выходом блока управления и входом регулируквдего элемента, датчик уровня и двухпозиционный переключатель, через контакты которого вход регулируемого элемента связан с выходами эталонного аттенюатора и входного устройства, вход компаратора - с выходами датчика уровня и лилейного генератора,а выход первого ключа - с другими входами цифроанашогового преобразователя и преобразователя напряжения, а также формирователь, вход которого через контакт двухпозиционного переключателя связан с селективньйм усилителем, а выход подключен к первому входу второго ключа, выход которого соединен с другим входом преобразователя напряжения, а между его вторым входом и выходом блока управления включен элемент задержки.

На чертеже показана структурная схема селективного микровольтметра с автоматической калибровкой.

Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой содержит формирователь 1, выход которого соединен с первым входом второго ключа 2, ко второму входу которого подключен элемент задержки 3, входное устройство 4, эталонн аттенюатор 5, тактовый генератор 6, преобразователь напряжения 7, соединенный с выходом второго ключа и с индикатором 8, регулируемый элемент 9, связанный входом через контакты двухпозиционного переключателя со входным устройством и эталонным аттенюатором, а выходом - с селективным усилителем 10, выход которого подключен ко входам эталонного аттенюатора и компаратора 11, соединенного с первым ключом 12 и через контакт двухпозиционного переключателя с выходами датчик уровня 13 и линейного генератора 14; входы двухпозиционного переключателя

15,цифроаналогового преобразователя

16,линейного генератора 14.и преобразователя напряжения 7 объединены

и подключены к выходу блока управления 17, вход которого соединён с селективным усилителем. Выход тактового генератора б подключен к другому

входу первого ключа-12, выход которого связан через контакт двухпозиционного переключателя со вход. преобразователя напряжения 7 и цифроаналогового преобразователя 16, а вход эталонного аттенюатора 5 соединен с выходом селективного усилителя 10.

Устройство работает следующим образом.

Селективный микровольтметр с ав- тематической калибровкой работает в режимах автокалибровки и измерения. Режим автокалибровки необходим только при перестройке селективного уси.лителя 10 по частоте, поэтому органы перестройки этого усилителя электрически или механически связаны с двухпозиционным переключателем 15 через блок управления 17. Эту связь может осуществлять и оператор, воздействуя при необходимости непосредственно на двухпозиционный переключатель 15. При автокалибровке контакты этого переключателя находятся в положении, указанном на рисунке.

В этом положении измеряемый сигнал на селективный усилитель 10 не поступает, а регулируемый элемент 9 усилитель 10 и эталонный аттенюатор 5 образуют петлю положительной обратной связи, усиление которой выбирается достаточным для возникновения автоколебаний на частоте максимального усиления (настройки) селективного усилителя. Автоколебания поступают на компаратор 11 и их амплитуда сравнивается с выходным напряжением датчика уровня 13, выполненного, например, в виде делителя напряжения стабилизированного источника питания устройства.

Величина постоянного выходного напряжения датчика уровня 13 соответствует примерно середине линейного участка амплитудной характеристики селективного усилителя 10. Когда амплитуда автоколебаний превосходит этот уровень, на выходе компаратора 11 появляется сигнал, отпирающий электронный ключ 12, который начинает пропускать на цифроаналоговый Преобразователь 16 импульсы тактового генератора б . Цифроаналоговый преобразователь 16 предварительно сбрасывается в ноль ..Для этого он связан с ор.ганом перестройки селективного усилителя 10 через блок управления 17.

По мере увеличения выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 16 уменьшается коэффициент передачи регулируемого элемента 9, что приводит ц уменьшению амплитуды автоколебаний-в петле положительной обратной связи. В результате наступит динамическое равновесие, при котором с точностью, определяемой числом градаций цифроаналогового преобразователя, коэффициент усиления последовательно соединенных регулируемого элемента 9 и селективного усилителя 10 равен величине, обратной коэффициенту передачи эталонного аттенюатора 5. Число градаций определяется требуемым коэффициентом стабилизации, который выбирается пропорциональйым отношением погрешности, вызываемой перестройкой селективного усилителя, к остальным погрешностям микровольтметра (при бесконечном числе градаций калибровка была бы статической) .

Одновременно с калибровкой чувствительности производится индикация частоты настройки селективного усилителя 10.

Для этого от блока управления 17 через элемент задержки 3 проходит на второй ключ 2 импульс фиксированной длительности, а на его другой вход поступают импульсы стандартной формы (например, меандра) от формирователя 1 с частотой автоколебаний в петле, образованной аттенюатором 5 элементом 9 и усилителем 10. Эти импульсы со второго ключа 2 поступают на преобразователь напряжения 7 (например, детектор с накопительным конденсатором или счетчик с дешифратором) .Показания индикатора 8 (например, магнитоэлектрический миллиамперметр или цифровое табло) пропорциональны частоте калибровочных автоколебаний, которая в точности равна частоте настройки селективного усилителя 10, Элемент задержки 3 необходим для того, чтобы преобразование (счет) выходных импульсов формирователя началось после установления амплитуды автоколебаний, достаточной для получения импульсов стандартной формы.

По истечении времени, достаточного для наблюдения и регистрации частоты настройки, милливольтметр автоматически переключается в режим измерений и работает в этом режиме до тех пор, пока не произойдет изменение величин элементов перестройки по частоте селективного усилителя 10, Для перехода в измерений блок управления 17 через определенное время после начала режима калибровки (несколько секунд) вырабатывает импульс, который вызывает переключение контактов двухпозиционного переклю-. чателя 15, сброс в ноль преобразователя напряжения 7 и запуск линейного генератора 14, При этом контакты двухпозиционного переключателя 15 находятся в, положении, противоположном указанному на чертеже,

В этом положении образуется линейка из последовательного соединенных входного устройства 4, регулируемого элемента 9, селективного усилителя 10, компаратора 11, первого ключа 12, преобразователя напряжения

7 и индикатора 8, Регулируемый элемент 9 соединен с цифроаналоговым преобразователем 16, на выходе которого неограниченное время до выключения источника питания микровольтметра или(до очередной его перестройки по частоте) сохраняется напряжение, возникшее в режиме предьщу.дей автокалибровки. Соответственно этому- напряжению подцер.хсивается коэффициент передачи регулируемого эле0мента 9 и компенсируются изменения резонансного или квазирезонансного коэффициента усиления селективного усилителя 10, возникшие при его перестройке.

Остальные блоки в режиме измерения работсирт как аналогичные блоки известных вольтметров с время-импульсным преобразованием. Выходное напряжение селективного усилителя 10

0 сравнивается в компараторе 11 с калибровочным напряжением линейного генератора 14 и с момента запуска этого генератора до момента, когда линейно нарастающее на его выходе

5 напряжение сравнивается с амплитудой выходного напряжения селективного усилителя 10, первый ключ 12 пропускает импульсы тактового генератора б на преобразователь напря);;ения 7, Показания индикатора 8 при отсутст0вии помех пропорционально амплитуде входного сигнала. Индикатор 8-может быть выполнен, например, в виде цифрового табло.

В режиме измерений возможен любой

S известный метод преобразования выходного напряжения усилителя 10, однако представленная на чертеже схема наиболее экономична, поскольку при калибровке и при измерении использу0ются одни и те же блоки: компаратор 11, тактовый генератор 6 и первый ключ 12, В то же время преобразование и индикация исла импульссл па выходе первого ключа 12 могут быть как аналоговыми, так и цифровыми,

5

Отметим, что преобразователь напряжения 7 и- индикатор 8 также используются в обоих режимах для индикации измеряемого напряжения и частоты настройхи микровольтметра. При необхо0димости оператор может перевести прибор в режим автокалибровки и при неизменной частоте настройки, чтобы проконтролировать эту частоту. Это достигается, например, соответствую5щим выбором связи между ручной перестройкой по частоте и блоком управления 17, Чтобы повернуть ручки,необходимо, путем ее нажатия замкнуть контакт, соединенный с этим блоком.

0

Формула изобретения

1. Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержа65

щий входное устройство, последовательно соединенные регулируемый элемент, селективный усилитель, компаратор и первыйключ, к другому входу которого подключен тактовый генератор, эталонный аттенюатор, подключенный входом к выходу селективного усилителя, блок управления, вход которого соединен с селективным усилителем, а выход - со входами линейного генератора и преобразователя напряжения, подключенного выходом к индикатору, отличающийся тем, что, с целью уменьшения частотной погрешности, в него введены цифроаналоговый преобразователь, включенный между выходом блока управления и входом регулирукяцего элемента, датчик уровня и двухпозиционный переклпчатель, через контакты которого вход регулируемого элемента соединен с выходами эталонного аттенюатора и входного устройства, вход компаратора - с выходами датчика уровня и линейного генератора, а выход первого ключа с другими входами цифроаналогового преобразователя и преобразователя напряжения.

2. Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности индикации частоты настройки, в него дополнительно введены последовательно соединенные формирователь, второй ключ и элемент задержки, причем вход формирователя через контакт двухпозиционного переключателя соединен с выходом селективного усилителя, выход второго ключа соединен с другим входом преобразователя напряжения, а вход элемента задержки соединен с выходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 345585, кл. Н 03 F 3/20, 14.07.72

2.Авторское свидетельство СССР

№ 259264, кл. G 01 R 19/26, 12.12.69