Цифровой интегрирующий вольтметр Советский патент 1980 года по МПК G01R19/25 

1

Изс5бретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в цифровых приборах или информационно-измерительных сие- темах..

Известен цифровой вольтметр двухтактного интегрирования. 1.

Недостаток вольтметра заключается в невысокой точности в начальной части шкалы прибо а из-за, нелинейного 0 характера шкалы прибора, которая обусловлена -.временными задержками работы блоков и элементов прибора (интегратора, компаратора, логики управления, ключей и т.д.) а также наличием ос- 15 таточных напряжений и токов клк1чей.

Известен цифровой интегрирующий вольт летр двухтактного интегрировав ния, блок-схема которого включает ан.алоговый вход, преобразователь нап- 20 ряжения в ток, опорный источник тока, подключенный через коммутатор к сумматору токов., и последовательно соединенные интегратор, компаратор и блок логики управления, а также цифровой 25 счетчик и блок синхронизации {2}.

Недостатк-ом вольтметра является наличие зоны нелинейности (мертвой зоны ) возле нуля, что снижает точность измерения. 30

Цель изобретения - повышение точности измерения напряжения.

Цель достигается тем, что в цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий последовательно соединенные интегратор, компаратор нулевого уровня и блок логики управле ния, источник, опорного напряжения, подключенный через коммутатор к входу интегратора, генератор высокочастотных импульсов, соединенный с первым входом блока логики управления, первый выход которо го соединен через цифровой- счетчик с отсчетным устройством, введены измерительный усилитель, вход которого соединен с аналоговым входом вольтметра и вторым входом коммутатора, а выход через ключ - с входом интегратора, и делитель числа импульсов, включенный между вторым выходом блока логики управления и входом цифрового счетчика, дополнительный выход которого соединен с вторым входом блока логики управления, причем управляющие входы ключа и коммутатора подсоединены соответственно к третьему и четвертому .выходамблока логики управления.

На фиг. 1 изображена блок-схема прибора; на фиг; 2 - временная диаграмма, где ось ординат отражает измерение напряжения на выходе интегратора, а ось абсцисс - время его работы; на фиг. 3 - зависимость показания прибора от величины измеряемого напряжения.

Аналоговый вход, прибора соединен с входом измерительного усилителя 2 и входом коммутатора 3. Выход измерительного усилителя 2 через ключ 4 соединен с интегратором 5, а источник 6 опорного напряжения подключен ко входу интегратора 5 через коммутатор 3. Выход интегратора соединен с компаратором 7, а последний с блоком 8 логики управления, который имеет четыре выхода для управления непосредственно ключом 4, ксммутатором 3, делителем 9 числа импульсов и цифровым счётчиком 10.

Два входа блока 8 логики упрайЛенин соединены соответственно с выходом цифрового счетчика 10 и генератором 11 высокочастотных импульсов. Выход цифрового счетчика 10 соединен с отсчетным устройством 12.

Измерение напряжения осуществляется следующим образом.

Сигнал, поступающий из блока 8 логики управления на управляющий вход ключа 4, обеспечивает подключение выхода измерительного усилителя 2 к входу интегратора .5.

Напряжение, поданное на аналоговый вход прибора, усиливается, усилителем 2 и интегрируется в течение промежутка времени t - t (см. фиг. 2) интегратором 5. Напряжение на выходе интегратора равно

UbbUL.HMT. Ux К, K.j (Ч-Ц), (1) где и - измеряемое напряжение, поданное на аналоговый вход 1 вольтметра;

К. - коэффициент усиления усилителя 2; К - коэффициент передачи интег-.

ратора 5;

t. - начальный момент интегрирования напряжения, равное значению и, К ;

tj - конечный момент интегрирования этого напряжения. В момент времени t по команде бло ка влогики управления ключ 4 размыкается; происходит отключение от интесратора выхода усилителя и одновременно подключение через коммутатор 5 источника 6 опорного напряжения к выйоду интегратора. Напряжением UQ этого источника начинается разряд интегратрра.

В момент t2 от генератора 11 высокочастотньах импульсов поступают импульсы через делитель 9 числа импульсов в цифровой счетчик 10.

Коэффициент преобразования делителя выбирается равным обратной величине коэффициента усиления измерительного усилителя 2. В момент t ,j (фиг. 2)

заканчивается разряд интегратора напряжением UQ до нуля и по сигналу компаратора 7 нулевого уровня блок 8 логики управления запрещает поступление высокочастотн1лх импульсов в цифровой счетчик 10. В течение времени подачи на вход интегратора напряжения Uo напряжение на выходе интегратора уменьшается до нуля в со- . ответствии с соотношением

вЫХ.ИМТ. () (2)

Из соотношений. (1) и (2) следует

(Vt,) .(3)

как интервалы времени пропорциональны числу импульсов и разность эквивалентна постоянному числу импульсов Пд, то (3) можно записать в виде

О, К

А(4)

и.

где п - число импульсов, подсчитанных счетчиком 10 в течение интервала времени . С учетом коэффициента преобразования делителя, так как К , имеем п п . Кдрд или

UK Иг

(5)

Как видно из (5),существует линейная .зависимость между числом импульсов nV. , подсчитанных счетчиком в течение разряда интегратора, и измеряемым напряжением 13ц.

Результат измерения отображается на отсчетном устройстве 12 в цифровом виде.

В том случае, если измеряемое напряжение имеет достаточно большую ве-. личину, при которой больше верхнего предела измерения, счетчик 10 пeJэeгpyжeн.

Сигнал перегрузки поступает в блок 8 логики управления, который с помощью ключа 4 отключает усилитель от интегратора и, воздействуя на коммутатор 3, подключает аналоговый вход 1 вольтметра к входу интегратора 5. Работа прибора осуществляется-так же, как было описано выше,с той лишь разницей, что в работе не участвуют усилитель 2 и делит ель 9.

На фиг. 3 изображена прямая, проходящая через, точки 0,1 и 2, которая отражает линейный характер шкалы вольметра. Линия, проходящая через точки 3,1 и 2, отражает характер шкалы известных структурных схем цифровых интегрирующих вольтметров.

Линеаризация шкалы прибора достигнута благодаря тому, что напряжение в тракте аналоговой части прибора значительно превышает суммарное зна