Цифровой вольтметр постоянного тока Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при построении помехоустойчивых время-импульсных аналого-цифровых преобразовалелег 1Известно устройство время-импульсного аналого-цифрового преобразования, содержащее генератор линейно-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравне1шя, второй вход которого связан со входом блока выделения помехи, выход - с первым входом блока управле1шя -ключом и первым входом блока выделения интервала времени, второй вход которого подключен к первому выходу блока вьщеления помехи, два выхода - к двум управляющим входам реверсивного счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с первыми входами блока сравнения кодов, вторые входь кото рого связаны с первыми информацнош1Ь1ми выходами счетчика импульсов, вторые информащ онные выходы которого через запоминаяиций регистр подключен ко входам цифрового отсчет ного устройства, а счетный вход - к выходу ключа, первый вход которого связан со счетным входом реверсивного счетчика импульсов и с выходом генератора образцовой частоты, второй вход - с управляющим входом запоминающего регистра и выходом блока управления ключом, второй вход которого подключен ко второму выходу блока выделения помехи и первому входу триггера, второй вход которого связан с выходом блока сравнения кодов и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход - с управляющим входом счетчика импульсов и блока сравнения кодов 1, Недостатком устройства является низкая точность преобразовання, на которую влияют фазовые сдвиги, которые появляются в блоке выделения помехи. Цель изобретения - повыщение точности вольтметра. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр постоянного тока, содерг жащий генератор линейно-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом первого блока управления ключом, втоаоя вход которого соединен с управляющим 38 1Ходом генератора линейно-изменяющегося нааряжения, с входом сброса первого и второго счетчиков импульсов и с выходом блока совладения кодов, первые информационные входы которого соединены с информационными выходами второго счетчика импульсов, выход первого блока управления ключем соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выход ключа соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены со входами первого регистра, выход которого соединен со входом цифрового отсЧетного устройства дополнительно введены второй и третий регистры, блок управления записи, второй блок управления ключом и второй ключ, первый вход которого соединен с выходом генератора образ цовой частоты, второй вход - с выходом второго блока управления ключом, а выход второ го ключа соединен со .счетным входом второго счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с первым входом второго блока управления ключом, кроме того, вход блока управления записи соединен с выходом блока сравнения, первый вход - с управляющим вхо дом первого и второго регистров, а второй вы ход - с управляющими входами цифрового от счетного устройства и третьего регистра, а вторые информационные входы блока совпаде1шя кодов подключены к выходам третьего и второго регистров. На.фиг. 1 изображена блок-схема вольтметра; на фиг. 2 - временная диаграмма протека1шя итерационного процесса. Вольтметр содержит блок 1 сравнения, генератор 2 линейно-изменяющегося напряжения, первый блок 3 управления ключом, первый ключ 4, первый счетчик 5 импульсов, генератор 6 образцовой частоты, блок 7 управления записи, первый регистр 8, второй регистр 9, цифровое отсчетное устройство 10, третий регистр 11, блок 12 совпадения кодов, второй блок 13 управления ключом, второй ключ 14 и второй счетчик 15 импульсов. Вольтметр работает следующим образом. При его включении в обоих счетчиках 5 и 15 и всех регистрах 8, 9 и 11 устанавливаются нулевые состояния. В момент перехода сетевого напряжения через нулевой уровень включается второй блок 13 управления ключом, который своим выходным импульсом открывает ключ 14, в результате чего импульсы с выхода генератора 6 образцовой частоты начинают поступать на счетный вход счетчика 15. При достижении со стояния счетчика 15, равного состоянию регис ра 11, срабатьшает блок 12 совпадения кодов который своим выходным импульсом отключает второй блок 13 управления 1СЛЮЧОМ, обнуляет оба счетвдка 5 и 15, запускает генератор 2 линейно-изменяющегося напряжения. На выходы блока 1 сравнения подается измеряемое напряжение t/y с напряжением помехи и VI выходное напряжение Up генератора 2 линейнб-изменяющегося напряжения, В момент равенства этих -напряжений на выходе блока t сравнения появляется импульс, который поступает на первый вход первого блока 3 управления ключом. На выходе блока 3 управления ключом формируется прямоугольный импульс, который поступает на первый вход первого ключа 4. Второй вход первого ключа соединен с выходом генератора 6 образцовой частоты. Импульс с выхода генератора 6 образцовой частоты через открытый первый ключ 4 поступает на счетный вход первого счетчика 5 импульоов. Информационные выходы счетчика 5 соединены с информационными входами первого 8 и второго 9 регистров. В первом регистре 8 осуществляется суммирование двух результатов преобразований в каждом цикле преобразования, во втором регистре 9 осуществляется их вычитание. Информа1щонные выходы первого регистра 8 подсоединены ко входам цифрового отсчетного устройства 10, а информационные-выходы второго регистра 9 соединены со входами третьего регистра 11. В цифровое отсчетное .устройство 10 в конце каждого цикла преобразования записывается результат суммирования первого регистра. В третьем регистре. 11 осуществляется алгебраическое суммирование разностей результатов преобразований, получе шых во втором регистре 9 в конце каждого цикла преобразования. Выходной импульс с выхода блока 1 сравнения поступает также на вход блока 7 управления записи, на двух выходах которого появляются импульсы. Импульс с первого выхода блока 7 управления записи поступает на управляющие входы первого 8 и второго 9 регистров, а со второго выхода - на управляющие входы цифрового .отсчетного устройства 10 и третьего регистра И. Причем импульсы на первом выходе блока 7 управления записи появляется эконце каждого пол)/цикла преобразования, т.е. после каждого срабатывания блока 1 сравнения, а на втором выходе - в конце полного цикла преобразования, т.е. после каждого второго срабатывания блока 1 сравнения. В конце каждого цикла преобразования после передачи резуйьтатов из первого В и второго 9 регистров в цифровое отсчетное устройство 10 и третий регистр 11 первый 8 и второй регистр 9 обнуляются. При первом цикле измерения, когда развертьшающееся напряжение (j на выходе генератора 2 достигнет значения ., срабатывает блок 1 сравнения, выходной импульс которого через блок 3 управления ключом закрывает ключ 4, в результате. чего прекращается поступление импульсов в счетчик 5 от генера тора 6. В счетчике 5 в течение времени tn зафиксируется число N , пропорциональное входному напряжению. Выходной импульс блока 1 сравнения также подается в блок 7 управле1шя записи, который переводит состояние N. счетчика 5 в регистры 8 и 9. В следующий момент перехода напряжения сети через нулевой уровень вольтметр работает как и в первом полуш кле с той лищь разницей, что в счетчике 5 зафиксируется другое число , так как сравнение входного напря жения V-,+Uv и напряже1шя с выхода генератора 2 осуществляется при другой полуволне помехи. Кроме того, по сигналам с вьгхода бло ка 7 управления записи в регистре 8 зафиксируется число ,-I- , а в регистре 9 - числоДК -К,,. После этого- числа N-, и лМд переводятся в цифровое отсчетное устройство 10 и регистр 1) соответственно, а регистры 8 и 9 обнуляются. На зтом заканчивается первый цикл работы вольтметра. Во втором цикле вольтметр работает как и в первом цикле за исключением того, что запуск развертывающихся напряженийв обоих полуциклах смещается на величину , пропорциональную а N-, . Кроме того, в регистре И зафиксируется числолМ +дН-, где/alij f lj.- N22.1 а .r результаты преобразований первого и второго полуциклов преобразования соответственно при втором преобразовании. А в цифровое устройство Ю запищется число Na В i-TOM цикле преобразования смещение нача ла фокусов развертывающихся напряжений опр деляется величиной, пропорциональной В результате такого итерационного процесса начало запуска развертывающихся напряжений в обоих полуциклах автоматически выбирается таким, что сравнение входного и развертывающихся напряжений осуществляется в окрестности перехода напряжения помехи через нулевой уровень. Так как смещение развертывающихся напряжений прекращается, когда , т.е. когда результаты обоих преобразований М: ,М 2Станут равными между собой, то сходимость итерационного процесса имеет место только в точках перехода напряжения помехи 76 через нулевой уровень независимо от фазового сдвига напряжения помехи относительно сетевого напряжения, что позволяет по сравнению с известным вольтметром значительно повысить точность преобразования напряжения за счет устранения влияния фазовых сдвигов. Формула изобретения Цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий генератор линейно-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого блока управления ключом, второй вход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, с входом сброса первого и второго счетчиков импульсов и с выходом блока совпадения кодов, первые информационные входь которого соединены с информационными выходами второго счетчика импульсов, выход первого блока управления ключем соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом генера тора образцовой частоты, выход ключа соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, информационные выходы которого соединены с входами первого регистра, выход которого соединен со входом цифрового отсчетного устройства, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в него допол{ютельно введены второй и третий регистры, блок управления записи, второй блок управления ключем и второй ключ, первый вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, второй вход - с выходом второго блока управления ключом, а выход второго ключа соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, вход сброса которого соединен с первым входом второго блока управления ключом при зтом вход блока управления записи соединен с выходом блока сравнения, первыйвыход - с управляющим входом первого и второго регистров, а второй выход - с управляющими входами цифрового отсчетного устройства и третьего регистра, а вторые ннфсфмационные входы блока совпадения кодов соединены с выходами третьего и второго регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Гореликов Н. И. и др. Малогабаритный цифровой вольтметр на микросхемах. - При- . боры и системы управления. 1973,N2,c.l6-i7 (прототип).