Цифровой вольтметр Советский патент 1981 года по МПК G01R19/25 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

ключены соответственно к общим контактам первого, второго и третьего переключатели режима работы, коммутируемые контакты каждого из которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков. Выходы первой и второй схем выделения нуля, а также выход схемы сравнения подключены к соответствующим входам блока утфав1ения, выходы которого подключены соптЧетствённо ко вторым Входам элементов И и управляющим входам переключателей режима работы, входного переключателя и блока индикации L2J.

В вольтметре реализуется итерационный метод автоматической коррекции погрешностей, при котором осуществляется последовательное приближение результатов измерений к истинному значению измеряемой величины.

Однако недостатком известного устройства 5шляется необходимость проведения большого количества тактов измерений, что снижает быстродействие вольт- метра, усложняет измерительный процесс. Количество тактов увеличивается с .повышениемточности измерений и умешением крутизны преобразования напряжения в частоту, при этом возникает противоречие между требуемой точностью и величиной случайной погрешности, которая возрастает с увеличением числа тактов. Кроме того, в известном вольтметре имеют место значительные потери рабо- чего времени из-за многократной перекоммутации аналоговЁгх сигналов, что также снижает его быстродействие и повышает требования к коммутирующим устройствам. Уменьшение же,числа тактов приводит к снижению точности измерений

Целью изобретения является- повышени быстродействия и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий задающий геиератор, входной переключатель, первый, второй, третий л четвертый входы которого соот1ветственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с общей шиной, с выходом источника образцового напряжения, -а выход подключен ко входу преобра зователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соедине с первым входом первого переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитаютим входами первого реверсивного

счетчика, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режима работы, выходы которого содинены соответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, а второй вход соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым уходом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом счетчика выходных импульсов, введены арифметический блок, регистр, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь пакета иь пульсов, формирователь кода операции, формирователь сигнала округления и коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход - с первым информационные входом арифметического блока, второй информационный вход которого соединен с выходом-регистра, при этом первый выход соединен со входом счетчика выходных импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первь м входом регистра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом формирователя кода операции и через формирователь сигнала округления подключен к-седьмому выходу блока управления при этом третий вход соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователя пакета импульсов, первый и второй входы которого соединены соответственно с задающим генератором и восьмым выходом блока управления, при этом выход формирователя кода операции соединен с третьим входом арифметического блока.

На чертеже представлена электрическая структурная схема шфрового вольтметра.

Вольтметр содержит входной переключатель I, преобразователь 2 напряжения -в частоту, входную шину 3, источник 4 образцового напряжения, общую шину 5, первый и второй элементы И 6 и 7, первый и второй переключатели 8 и 9 режима работы первый и второй ревесивные счетчики 10 и II, блок 12 управления, задающий генератор 13, счетчик 14 выходных MNiiiynbCOB J, блок 15 индикации, коммутатор 16, блок t6 управления, регистр 18, элемент ИЛИ 19 элемент 20 задержки,, формирователь 21 пакета импульсов, формирователь 22 кода операции, шину 23 Пуск, первый информационный вход 24 арифметического блока, второй информационный вход 2 арифметического блока. Цифровой вольтметр производит автоматическую коррекцию погрешностей сог ласно формуле f(K)-(o) f((o) где - скорректированный резуль тат измерения; IVV, - образцовая мера; (х) - результат измерения определяемого параметра; (о) - результат поверки нуля; (М результат поверки образцовой меры. Цифровой вольтметр работает следующим образом. По команде Пуск блок 12 управления вырабатывает три равных временных интервала Ти для трех измерительных тактов и один временной интервал Т для такта коррекции. В первом такте измерений входной переключатель 1 установлен в положение, при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к выходно клемме 3 вольтметра, первый элемент И 6 открыт, второй, элемент И 7 закрыт а переключатель 8 режима работы установлен в положение, при котором выход первого элемента И б подключен ко входу сложения первого реверсивного счет чика to. Импульсы с частотой выхода преобразователя 2 через элемент И и переключатель В поступают на вход сл жения реверсивного счетчика 10, в котором к концу первого такта записывается число, равное N . Во втором такте измерений блок 12 управления переводит входной переключа тель I в положение, при котором вход преобразователя 2 подсоединен к источни ку 4 об разпового напряжения, первый элемент И 6 закрыт, второй элемент И 7 открыт, а переключатель 9 режима работы установлен в положение, при кото ром выход элемента И 7. соединен со вхо дом сложения реверсивного (.второго) счетчика Ц. Преобразователь 2 вьфабатывает импульсы с частотой , которые через элемент И 7 и переключатель 9 поступает на вход сложения реверсивного счетчика ц. За время длительности второго такта измерений в счетчике 11 запишется число, равное 2-V. В третьем такте измерений блок 12 управления устанавливает переключатель I в положение, при котором ко входу преобразователя 2 подключена общая шина 5, оба элемента И 6 и 7 открыты, а переключатели 8 и 9 режима работы находятся в положении, при котором выходы первого и второго элементов И 6 и 7 соответственно подключены ко входам вычитания первого и второго реверсивных счетчиков Ю и II. Импульсы с частотой следования з вьфабатываемые преобразователем 2, через элементы И 6 и 7 и переключатели 8 и 9 поступают на входы вычитания счетчиков 10 и II, состояния которых в коице третьего такта измерений определяются соответственно следующими выражениями . f ir-VN-b. гдеNO, - количество импульсов, поступающих от преобразователя 2 в течение третьего такта, равное в течение четвертого такта производится обработка и коррекция результатов измерений, полученных в предыдущих трех тактах. При этом блок 12. управления закрывает оба элемента И 6 и 7 и вьиает сигнал разрешения на формирователь 21 пакета импульсов, который из последовательности импульсов, вырабатываемых задающим генератором 13, формирует определенное количество М импульсов коррекции, соответствующее величине образцового напряжения на выходе источника 4. С выхода формирова- т.еля 21 импульсы коррекции поступают соответственно на управляющий вход коммутатора 16, на второй вход элемента ИЛИ и на первый управляющий вход формирователя 22. Причем, при наличии импульса коррекции, коммутатор 16 находится в состоянии, при котором на информационный вход 24 арифметического блока 17 поступает код числа, записанноГ2 в реверсивном счетчике 1О. При этом формирователь 22 вырабатывает код операции сложения, а ар1фметический 7 блок 17 производит суммирование чисел поступаюших на информационные входы 24 и 25, и выдает результат сложения на информационный вход регистра 18, который первоначально находится в нулеБом состоянии. Запись информации в ре гнртр 18 производится этим же.импуз1Ьсом коррекции, прошедшим через элемент ИЛИ и задержанным в схеме 20 на время выполнения операции в арифметическом блоке 17. При отсутствии импульса коррекции коммутатор переходит в состояние, при котором на информационный вход ариф-метического блока 17 поступает код чи ла, записанного в счетчике Ц. Фо мирователь 22 вырабатывает код операции вычитания, при этом число, поступающее на вход 25 блока 17, является уменьшающим, а число, поступающее на вход 24.- вычитаемым. Если разность положительна или равна нулю, т.е. число на входе 25 больше или равно числу на входе 24, то на соответствуюшем вьгход арифметического блока 17 происходит формирование импульса, который через элемент ИЛИ, элемент 20 задержки производит запись кода разности в регистр 18. Одновременно этот же импульс поступает на вход счетчика 14 выходных импульюов. Если же разность чисел, поступающих на . .-информационные входы 24 и 25, отрицательна, то импульс на выходе арифметического бло ка 17 не формируется, а запись результата вычитания в регистр 18 не произв дится. В дальнейшем работа вольтметр происходит аналогичным образом. При поступлении с выхода формирова ля 21 Щ -го импульса коррекций арИфметический блок 17 вырабатывает следующие значения результатов сложения и вычитания соответственно (N,(pr,., r-V«()-(Чl )(N2-WO, , 2, 3 .. М, - количество выходных импульсов, сформированных (Ы-1) импульсов коррекц равное , 1у«-г - ы:::ы; Всего в течение четвертого такта н вход счетчика 14 поступает количество .. импульров, равное N-- гтг 18 Так как в данном выражении величина М является числоимпульсным представлением обоазцовой камеры, а величк.ны М/( , Ng. и М.-з, представляют собой соответственно результат измерения определяемого параметра, результат поверки образцовой меры и результат поверки нуля, то очевидно,что в четвертом такте производится обработка результатов измерений, по, .алгоритму автоматической коррекции погрешностей согласно формуле ( l), а число, записанное в счетчике 14 выходных импульсов, представляет собой скорректированный результат измерений. Если принято, что преобразователь 2 напряжения в частоту имеет линейную характеристику преобразования, то точность измерений практически будет определяться только точностью источника 4 образцового напряжения и не .зависит от длительности измерительных тактов Тц и тактакоррекции Т| . Длительность Т| ограничивается минимальной частотой импульсов, вырабатываемых преобразователем 2, и практически всегда может быть выбрана достаточно малой. Длительность Т, такта коррекции ограничена лишь быстродействием арифметического устройства 17 и может быть значительно меньше длительности Т,, измерительных тактов. Таким образом, вольтметр, по сравнению с известным, позволяет существенно повысить оперативность измерений, причем количество тактов измерений всегда остается постюянным и не зависит от требуемой точности. Разрешающая способность вольтметра может быть легко увеличена, для этого формирователь 21 пакета импульсов должен . вьфабатывать количество импульсов, равное К - количество десятичных разрядов результата измере. . ния после запятой. Кроме того, для ловыщения точности измерений в волытиетре производится округление результата, полученного в счетчике 14, до половины единицы младшего разряда. Для этого, по окончании такта коррекции блок управления выдает сигнал, который поступает на вход 24 формирователя сигнала округления. Фор мирователь вырабатывает кмпульс, поступающий на второй управляющий вход . формирователя 22 кода операции, при этом последний переводит арифметический блок 17 в режим удвоения числа, хранящегося в регистре 18 и поступающего на информационный вход 25. Этот же импульс с выхода формирователя сиг нала округления поступает на третий вхо элемента ИЛИ и, пройдя элемент задерж производит запись результата удвоения в регистр 18. По окончании импульса округления .формирователь 22 переводит арифметический блок 17 в режим вычитания. Коммутатор 16 находится в состоянии, при котором на информационный вход 24 блока 17 поступает число, зйписанное в счетчике II. При этом, если число, поступающее на вход 25, равно или большечисла, поступающего на вход 24, то на выходе арифметического блока 17 ф рмируется импульс, который поступает на вход счетчика 14. В проти ном случае импульс на выходе блока 17 не формируется, и результат .измерения записанный в счетчике 14,остается без изменения. На этом блок управления останавли- вает процесс измерения и выдает разрешающий сигнал в блок индикации. Для проведения следукмцего измерения необходимо подать управляющий сигнал на шину 23 Пуск.. Использование вольтметра обеспечивает по сравнению с существующими повышение быстродействия и точности измерений. Кроме того, наличие выхода скорректированного результата измерения в унитарном коде делает возможным достаточно просто.производить линеаризацию характеристик измерительных преобразователей и функциональные чис- лоимпульсные преобразования без допол нительных затрат рабочего времени. Формула из-обретения Цифровой вольтметр, срдержшций за-, дающий генератор, входной переключатель первый, второй, третий и четвертый входы которого соотБ.етственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с общей щиной, с выходЬм источника образцового напряжения, а выход подключен ко входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом .первого элемента И, выход которого соединен с первь1м входом первого переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и ВЕлчита щим входами первого реверсивного счетчика, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления, третий я четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режимаработы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычн- тающим входами второго реверсивного счетчика, а второй вход соединен с пя- тым выходом блока управления, шестой ВЫ.ХОД которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход кото рого соединен с выходом счетчика выходных импульсов, отличающийся тем, что, с целыб. цовыщения быстродействия и точности измерений, введены арифметический блок, регистр, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь пакета. импульсов, формирователь кода операции, формирователь сигнала оКругления к Коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход - с первым информационным входом арифметического блока, второй информахшонный вход кото зого соединен с выходом регистра, при эТом первый выход .соединен., со входом счетчика выходных импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первым .входом регистра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединён с первым вхбдом формирователя -кода операции и через формирователь сигнала округления подключен к седьмому выходу блока управления, при этом третнй вход соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователя пакета импульсов; первый и второй входы которого соединены соответственно с задающим генератором и восьмым выходом блока управления, при этом выход формирователя кода операций соединен с третьим входом арл фметнческрго блока. Источникн информашш, принятые во внимание при экспертизе . I. Авторское свидетельство СССР М 317081, кл. Н 03 К 13/20, 24,12.69. 2. Авторское свидетельство СССР № 55О763, кл. Got R 19/26, 24.О2.75.