Цифровой вольтметр Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

Изобретение касается цифровой измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического контроля, в информационно-измерительных системах, в лабораторно-испытательных комплексах для измерения постоянных напряжений обеих полярностей Известны цифровые вольтмет{яг время-импульсного типа для измерения постоянных напряжений . Точность измерения этих устройств недостаточно высока вследствие влияния разброса и ухода параметров, входящих в них элементов. Известен цифровой вольтметр., содержащий триггер знака, блок управле ния, первый выход которого соединен со блока задержки, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому вхояу бло ка сравнения, второй триггер, который своим выходом подключен к первому входу элемента И C2J. При работе этого устройства возни KeuoT дополнительные погрешности «сле ствие разброса зоны нечувствительнос и порога срабаты9а 1ия блоков сравнения.. Кроме того, дрейф нуля генератора пилообразного напряжения приводит к необходимости производить периодически подстройку прибора. Цель изобретения - повьвиение точности измерения и удобства эксплуатации. Для этого цифровой вольтметр, содержащий триггер знака, блок управления, первый выход которого соединен со входом блока задержки, генератор пилообразного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй триггер, который своим выходом подключен к первому в-ходу элемента И, дополнительно содержит сумматор, источник постояиного напряжения, блок деления частоты на два, реверсивный счетчик, регистр результата и аналоговый ключ, информационный вход которого подключен ко входу устройства, а управляющий вход соединен с установочными входами триггера знака, второго триггера и реверсивного счетчика, а также с выходом блока деления частоты на два, вход которого подключен к входу блока задержки, выход аналогового ключа соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен, с выходом источника постоянного напряжения, выход сумматора подключен ко

второму входу блока сравнения, выход которого соединен со счетном входом второго триггера, второй выход блока управления присоединен ко второму входу элемента И, выход которого подключен к счетному входу реверсивного «счетчика, причем один из выходов его {соединен со вторым установочным вхо-. дом триггера знака, выход которого

подключен к управляющему входу направ ления счета реверсивного счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу регистра результата, второй информационный вход которого подключен к выходу триггера знака, а управляющий вход соединен с выходом второго триггера.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Вход устройства подключен к информационному входу аналогового ключа 1, выход которого подключен к первому входу сумматора 2, второй вход которого подключен к выходу источника постоянного напряжения 3, а выход сумматора 2 соединен с первым входом блока сравнения 4, выход которого под ключей к счетному входу второго триггера 5, который своим выходом подключен к первому входу элемента И 6 и к управляющему входу регистра результата 7. Первый выход блока управления 8 присоединен через блок задержки 9 и генератор пилообразного напряжения 10 ко второму входу блока сравнения 4, а также через блок деления частоты на два 11 - к управляющему входу аналогового ключа 1 и к установочным входам триппера знака 12, второго триггера 5 и реверсивного счетчика 13, счетный вход которого подключен к выходу элемента И 6, а управлякедий вход направления счета реверсивного счетчика 13 соединен с выходом триггера знака 12. Причем один из выходов реверсивного счетчика 13 подключен ко второму установочному входу триггера знака 12, выход- которого, а также выход реверсивного счетчика 13 подключены к соответствукицим информационным входам регистра результата 7.

Устройство работает следующим образом.

Блок управления 8 вырабатывает импул|ьсный сигнал Р с периодом следования импульсов, равным Т/2, который прейди через блок деления частоты на два 11 управляет работой аналогового ключа 1 посредством сигнала Q с периодом следования импульсов, равным Т. При этом в первый полупериод, т.е. при равенстве нулю сигнала Q , аналоговый ключ 1 закрыт, а во второй полупериод сигнала Q - открыт. Следовательно, на первый вход блока сравнения 4 периодически (с периодом Tj; поступает то напряжение VQ с выхода источника постоянного напряжения 3, то

сумма напряжений V + Уу , в зависимости от состояния аналогового ключа 1. Величина напряжения Vg выбирается из условия VQ где Vx,fn- максимальное значение входного напряжения VQ . Запуск генератора пилообраз kioro напряжения 10, работающего в ждущем режиме осуществляет сигнал Р с выхода блока управления 8, задержанный-блоком задержки 9, для исключения сбоев в работе всего устройстi ва, в частности, чтобы генератор пилообразного напряжения 10 запускался после того, как все переходные процессы в аналоговом ключе 1 закончат :. ся. При этом после каждого дтрицатель15 ного фронта импульсного сигнала 0 с выхода блока деления частоты на два 11 все устройство приводится в исходное состояние, т.е. триггер знака 12 принимает состояние, соответ0 ствукицее знаку 2{, второй триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, а в реверсивный счетчик 13 заносится число 1000. Начиная с момента времени -fc, т.е. с момента приведения все5 устройства в исходное состояние, через время Т , определяемое блоком задержки 9, на второй вход блока сравнения 4 начинает поступать линейно нарастающее напряжение с выхода генератора пилообразного напряжения 10.

0 Поскольку в первый полупериод сигнала Gk. аналоговый ключ 1 закрыт, то на выходе блока сравнения 4 появится импульс через время

i t-KVo+ n,

5 где €, - время задержки запуска генератора пилообразного напряжения 10,

К - коэффициент, определяемый углом наклона линейно нарастаквдего напряжения, 0 значение абсолютной П9грешности одного цикла преобразования аналогового сигнала в интервал времени.

Погрешность преобразования -t, в

основном определяется величиной зоны нечувствительности и порога срабатывания блока сравнения 4, а также его дрейфом и дрейфом генератора пилообразного напряжения. Импульс с выхоД 1 блока сравнения 4, поступая на счетный вход второго триггера 5 переводит его в единичное состояние. При этом открывается элемент И 6 и на счетный вход реверсивного счетчика 13

со второго выхода блока управления 8 начинают поступать импульсы опорной частоты f Р . Блок управления построен таким образом,, что частота следования этих импульсов в 2000 раз больше час:тоты сигнала и и оба эти сигнала жест

ко засинхрониэированы между собой «(например сигнал fl может быть получен в результате деления на триггерах сигнала . второй импульс на выходе блока сравнения 4 появится

в момент равенства линейно нарастающего напряжения алгебраической сум ме напряжений 0 it Аналогично предыдущим рассуждени ям время -fc определяется как i,(Vo+vo-n n Учитывая, что дрейф, имеющий мес (то в блоках вольтметра, носит низко У1астотйый характер, также как и изменение параметров, характеризующих неидеальность блока сравнения 4, а промежуток времени меяеду двумя срабатываниями блока сравнения весьма мал, можно сказать, что величина абсолютной погрешности преобразования в обоих рассмотренных тактах -t, одна и та же. Этот второй импульс с выхода блока сравнения- 4 переводит второй триггер 5 в нулевое состояние, элемент И б закрывается, поступление импульсов на вход реверсивного счетчика 13 прекращается, а его содержимое, а также информация с триггера знака 12 по отрицательному фронту вы ходного импульса второго триггера 5, переписываются в регистр результата 7. Время т, в течение которого на вход реверсивного счетчика 13 поступают импульсы,не зависит как от стабильности величины V(j , так и от неидеальности и дрейфа блока сравнения 4 и генератора пилообразного напряжения 10,зависит только от величины Vx причем, если Уу О, то Т Т/а , а если Vy О, то Т и если Vx О то Т .. Поскольку частота опорного сигнала д в 200 ра .больше частоты сигнала OL , то обозна чив через T.J , получают , где N,- J - число импульсов, про Т порциональное измеря емому напряжению. Для получения окончательного результата необходимо от числа имцульсов N , накопленных в реверсивном счетчике за время Т , вычесть 1(ХОО и пульсов . Поэтому перед началом измерения в реверсивный счетчик заносится число 1000. Формула изобретения Цифровой вольтметр, содержащий триггер знака, блок управления, первый выход которого соединен со входом блока задержки, генератор пилообраз-. ного напряжения, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй триггер, который своим выходом подключен к первому входу элемента И, отличающийся TeMj чти, с целью повышения точности и удобства эксплуатации, он дополнительно содержит сумматор, источник постоянного напряжения, блок деления частоты на два, реверсивный счетчик, регистр результата и аналоговый ключ. информационный вход которого подклю- . чен ко входу устройства, а управляю1ций вход соединен с установочными входс1ми триггера знака, второго триггера и реверсивного счетчика, а также с выходом блока деления частоты на Ьва, вход которого подключен к входу) блока задержки, выход аналогового ключа соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, выход сумматора подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, второй выход блока управления присоединен ко второму входу элемента И, выход которого подключен к счетному входу реверсивного счетчика, причем один иь выходов его соединен со вторым установочным входом триггера знака, которого подключен к управляющему ВХОДУ направления счета реверсивного счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу регистра результата, второй информационный вход которого подключен к выходу триггера знака, а управляющий вход соединен с выходом второго триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 132863, кл. Н 03 К 13/20, 1960. 2.Цифровые измерительные приборы. Под ред.в. М. 111ляндина,М. , Энергия, 1972, с.. ISJ.

Их