Цифровой вольтметр Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

1

Цифровой вольтметр постоянного тока относится к измерительной технике и предназначен для измерения напряжения в цепях постоянного тока.

Известен цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи для подключения измеряемого и опорных напряжений, интегратор на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком 1.

При практической реализации значительную долю погрещности вносят входные ключи, которые имеют конечное сопротивление в открытом состоянии и на которых имеется остаточное напряжение, зависящее от времени и температуры.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи для подключения измеряемого и опорный напряжений, интегратор на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы

которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком, введены последовательно соединенные устройство коррекции, резистор и дополнитель,ные ключи, входы которых соединены соответственно с щиной измеряемого и опорного напряжений, выходы подключены к перво(яу входу устройства коррекции, второй вход которого соединен с выходами основных ключей. Второй вывод резистора соединей с суммирующей точкой интегратора, а выход синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульсов, причем устройство коррекции выполнено в виде форл1ирователя и поледовательно соединенных модулятора, трансформатора, усилителя и демодулятора, управляющий вход которого и управляющий вход модулятора соединены с выходом формирователя, вход которого подключен к входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы

которого подключены к входам модулятора, а выход соединен с выходом демодулятора. Устройство коррекции может быть выполнено в виде формирователя и последовательно соединенных первой группы ключей. первого конденсатора, второй группы ключей, второго конденсатора, однн вывод которого соединен с общей шиной, другой вывод с сигнальным выходом устройства коррекции; управляющие входы ключей соединены с выходами формирователя, вход которого подключен ко входу синхронизации устройства коррекции, сигнальный вход которого соединен со входом первой группь; ключей. По фиг. 1 показана блок-схема цифрового вольтметра, на фиг. 2 и фиг. 3 представлены возможные варианты выполнения устройства коррекции. Устройство содержит источник измеряемого напряжения 1, источник .опорных напряжений 2 и 3, которые через ключи 4, 5 и 6 соединены со входом интегратора 7, к выходу которого подсоединены нуль-орган 8, соединенный с блоком синхронизации 9; генератор импульсов 10 через вентиль 11, управляемый блоком синхронизации 9, связан со входом счетчика 12, выход счетчика 12 соединен с блоком синхронизации. 9. Входы дополнительных ключей 13-15 соединены со входами основных ключей 4-6 Управляющие входы ключей 4 и 13, 5 и 14, 6 и 15 объединены и соединены с выходами блока синхронизации 9-1, 9-2 и соответственно, выходы ключей 4 - 6 объединены и соединены с одним из входов устройства коррекции 16, а выходы дополнительных ключей также объединены и соединены со вторым его входом. Выход устройства коррекции через резистор 17 соединен с суммирующей точкой интегратора 7. Вход синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульса 10. Ключ 18 управляющим входом связан с выходом 9-4 блока синхронизации 9 и предназначено для установки начальных условий интегратора 7. Цифровой вольтметр работает следующим образом. В первом такте работы замкнуты ключи 4 и 13. Измеряемое напряжение Ux через ключ 4 поступает на вход интегратора 7. Одновременно по сигналу блока синхро.низации 9 импульсы генератора 10 через вентиль И поступают на вход счетчика 12. Остаточное напряжение на ключе 4 через ключ 13 поступает на вход устройства коррекции 16 и после преобразования через резистор 17 поступает в суммирующую точку интегратора 7. В момент переполнения счетчика импульсов 12 блок синхронизации 9 размыкает ключи 4 и 13 и замыкает ключи 5 и 14 (или 16 и 15 в зависимости от полярности напряжения Ux ). Начинается второй такт - интегрирование опорного напряжения, имеющего противоположный знак по сравнению со знаком полярности измеряемого напряжения. При этом остаточное напряжение ключа 5 через ключ 14 поступает на вход устройства коррекции 16 и после преобразования .- через резистор 17 в суммирующую точку интегратора 7. В момент равенства нулю выходного напряжения интегратора 7 нуль-орган 8 срабатывает и по его сигналу блок синхронизации 9 запрещает прохождение импульсов генератора 10 на вход счетчика 12. В счетчике фиксируется число NX , пропорциональное измеряемому напряжению Ux. Устройство коррекции 16 может быть выполнено в соответствии с фиг. 2. В этом случае оно состоит из последовательно соединенных модулятора 19 с дифференциальным входом, трансформатора 20, усилителя 21 и демодулятора 22. Управляющие входы модулятора 19 и демодулятора 22 соединены с выходами формирователя 23, вход которого является входом синхронизации устройства коррекции. Такое выполнение устройства коррекции связано со спецификой его работы. Уровень остаточного напряжения на ключах 4-6 составляет единицы милливольт, в то время как величина напряжения опорных источников обычно равна 1-:10 В. Поэтому уровень синфазной помехи на входе устройства коррекции 16 А - 20 gV4- 80АЬ. Наиболее оптимальным является выполнение устройства коррекции в виде модулятора с дифференциальным входом с развязкой цепей с помощью импульсного трансформатора, имеющего высокое сопротивление изоляции и малую емкость входных цепей относительно выходных. Синхронизация устройства коррекции 16 генератором импульсов 10 позволяет производить коммутацию ключей модулятора 19 в те моменты времени, когда на входе счетчика 12 отсутствует сигнал, т. е. даже если коммутационные выбросы модулятора попадут через интегратор 7 на вход нуль-органа 8, это не приведет к искажению результатов измерений. Устройство коррекции может быть выполнено также в виде конденсатора 24 (фиг. 3) соединенного через Ключи 25 со входом устройства коррекции, а через ключи 26 - с конденсатором 27, одна из обкладок которого является выходом устройства коррекции. Работой ключей 25 и 26 управляет формирователь 28, причем вход формирователя является входом синхронизации устройства коррекции. Ключи 25 работают синхронно по отнощению друг к другу, ключи 26 также работают синхронно, причем ключи 25 относительно ключей 26 работают асинхронно. При таком выполнении устройство коррекции работает следующим образом (фиг. 1 и фиг. 3). Остаточное напряжение ключа 4 (5 или 6 через замкнутый ключ 13 (14 или 15) поступает на входы устройства коррекции 16. Ключи 25 периодически замыкаются и подключают конденсатор 24 ко входам устройства коррекции 16. При этом конденсатор 24 заряжается до величины напряжения на ключе 4 (5 или 6). В те моменты времени, когда ключи 25 разомкнуты, замыкаются ключи 26, и конденсатор 27 также заряжается до напряжения конденсатора 24. Напряжение конденсатора 27 через резистор 17 поступает в суммирующую точку интегратора 7 и тем самым компенсирует погрешность, связанную с неидеальностью входных ключей 4-6. Конкретное выполнение устройства, коррекции 16 по фиг. 2 или фиг. 3 определяется назначением цифрового вольтметра постоянного тока. Достоинства устройства коррекции, выполненного по фиг. 2, состоят в том, что оно непрерывно следит за уровенм напряжения на входных ключах, т. е. быстрые изменения остаточного напряжения, вызванные, например, воздействием помех частотой 50 Гц, будут эффективно компенсироваться Однако выполнение устройства коррекции в соответствии с фиг. 2 связано с определенными технологическими трудностями, обусловленными необходимостью применения трансформатора с большим числом витков (для обеспечения достаточно большого входного сопротивления устройства коррекции) и необходимостью регулировки коэффициента передачи устройства коррекции изза возможного неточного изготовления трансформатора. В тех случаях, когда уровень помех не создает значительных колебаний остаточного напряжения на входном ключе, устройство коррекции может быть выполнено в соответствии с фиг. 3; при этом схема устройства и технология его изготовления упрош;аются. Достоинства схемы фиг. 3 состоят еше и в большом входном сопротивлении и в том, что точность коррекции не зависит от емкостей конденсаторов 24 и 26 и от их нестабильности. Формула изобретения 1. Цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи, подключенные к источникам измеряемого и опорных напряжений, интегратор, выполненный на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные устройство коррекции и резистор и дополнительные ключи, входы которых соединены соответственно с источниками измеряемого и опорных напряжений, выходы подключены к первому входу устройства коррекции, второй вход которого соединен с выходами основных ключей, второй вывод резистора соединен с ,суммирующей точкой интегратора, а синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульсов. 2.Вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что устройство коррекции выполнено в виде формирователя, последовательно соединенных модулятора, трансформатора, усилителя и демодулятора, управляющий вход которого и управляющий вход модулятора соединень с выходом формирователя, вход кв торого подключен к входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы которого подключены ко входам модулятора, а выход соединен с выходом демодулятора. 3.Вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что устройство коррекции выполнено в виде формирователя и последовательно соединенных первой группы ключей, первого койденсатора, второй группы ключей, второго конденсатора, один вывод которого соединен с общей шиной, другой вывод - с сигнальным выходом устройства коррекции, управляющие входы ключей соединены с выходом формирователя, вход которого подключен ко входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы которого соединены со входами первой группы ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 132863, кл. Н 03 К 13/20, 1960 (прототип). Фиг. 1 синхронизации

I I дло32

8jrod синхронизации

Фиг.З