Цифровой вольтметр Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может найти применение при измерении постоянных напряжений в условиях помех.

Известен цифровой вольтметр, в котором в первом такте в цепь аналогоцифрового преобразования подают сумму измеряемого и эталонного напряжений, во втором такте измеряемое напряжение а в третьем такте подключают измеряемую величину, умноженную на коэффициент Преобразований делителя, собранного на резисторах. Значение измеряемой величиныопределяют в вычислительном устройстве LI.

Однако в случае, когда измеряют напряжения маломощных источников со значительным внутренним сопротивлением, а также при получении малого эталонного напряжения путем деления большого напряжения со стабилитронов при помощи резистивных делителей,внутреннее сопротивление эталонного источника напряжения может достигать больших значений, что приводит к возникно вению систематических погрешностей. Известен цифровой вольтметр, содержащий источники измеряемого и эталонного напряжений, последовательно соединенные усилитель, интегрирующий аналого-цифроврй преобразователь, селектор, счетно-решающее устройство и устройство цифровой индикации, вход управления которого, а также интегрирующего аналого-цифрового преобразователя и селектора подключены к выходам блока управления, к второму входу селектора подключен генератор импульсов а вход усилителя соединен с выходом переключателя полярности, одни входы которого соединены с выходами источника измеряемого напряжения, другие с-выходом переключателя, один вход которого подключен к выходу источника эталонного сигнала, а входы управления переключателя полярности и переключателя соединены с соответствующими выходами блока упрпиления 1.2j 3-84 Однако в известном устройстве наблюдается влияние внутреннего сопротивления эталонного источника напряжения, ведущее к возникновению погрешностей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий источники измеряемого и эталонного напряжений, последовательно соединенные усилитель, интегрирующий аналогоцифровой преобразователь, селектор, счетно-решающее устройство и устройство цифровой индикации, вход управления которого, а также интeгpиpyющet го аналого-цифрового преобразователя и селектора подключены к выходам блока управления, к второму входу селектора подключен генератор импульсов, а вход усилит€и1я соединен с выходом переключателя полярности, одни входы которого соединены с выходами источника измеряемого напряжения, другие - с выходом переключателя, оДин вход которого подключен к выходу источника эталонного сигнала, а входы управления переключауеля полярности и переключателя соединены с соответствующими выходами блока управления, введен резистор с эталонным сопротивлением, включенный между общей шиной и вторым входом пере ключателя. На чертеже представлена функциональ .ная схема цифрового вольметра. Устройство содержит источник 1 эта лонного напряжения, переключатель 2, источник 3 измеряемого напряжения, переключатель 4 полярности, услитель 5, генератор 6 импульсов, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 7, селектор 8, счетно-решающее устройство 9, содержащее два реверсивных счет чика 10 и 11, элемент 12 собирания, группу 13 электриков совпадения и сче чик 14 результата, а также резистор 1 с этзшонным сопротивлением, блок 16 управления и цифровое устройство 17 индикации. Первый зажим резистора 15 с эталон ным сопротивитением соединен с неподви ным контактом переключателя 2, второй зажим подключен к общей щине и к первому зажиму источника 1 эталонного на пряжения, выход которого связан со вторым неподвижным контактом переключателя 2, подвижный контакт которо го соединен со входо.м переключателя 4 полярности, неподвижные контакты которого подключены к зажимам источника 3. из 4еряемого напряжения, а выход связан со входом блока 16 управления и входом усилителя 5, который по выходу соединен со входом интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 7, выход которого связан со входом селектора 8, второй вход которого подключен к выходу генератора 6 импульсов, а.соответствующие выходы селектора 8 соединены со входами реверсивных счетчиков 10 и 11 и счетчика 14 счетнорешающего устройства 9. Причем информационные выходы счетчиков 10 и 14 соединены со входами группы 13 элементов совпадения, выходы которых через элемент 12 собирания подключены к -суммирующему входу реверсивного счетчика 11, вычитающий вход которого соединен с выходом селектора 8, а выход подключен ко. входу селектора 8, информационные ВЫХОДА счетчика 14 связаны со входами устройства 17 цифровой индикации, причем выходы блока управлеьгая соединены со входами управления- переключателя 2, переключателя 4 полярности, преобразователя 7, селектора 8 и устройства 17 цифровой индикации. Вольтметр работает следующим образом. В исходном состоянии блок 16 управления устанавливает переключатель 2 в верхнее положение, а переключатель 4 полярности в положение, при котором напряжение Ug источника 1 включается согласно с напряжением Uf источника 3. Таким образом, на вход усилителя 5 с входным сопротивлением Rg подается напряжение, пропорциональное сумме УХ + и напряжений. Если источник 1 эталонного напряжения имеет внутреннее сопротивление RQ, источник 3 внутреннее сопротивление RX, то напряжение, усиливаемое усилителем 5, равно и 1 х 0 8ч Поэтому по сигналу из блока 16 управления интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 7 открывает селектор 8 на время Т-, , пропорциональное напряжению U, где К - коэффициент пропорциональности; В - постоянная смещения, вызванная дрейфом блоков цепи аналого-цифрового преобразования. При открытом селекторе 8 на суммирующий вход реверсивного счет5 . чика и вычитающий вход реверсивного счетчика 11 счетно-решающего устройства 9 поступает число импульсов, ра ное - Ji MUjd-Uu)-RBx f.-T. RO- RX+RBX где К - коэффициент пропорциональнос ти; В - постоянная смещения, вызванная дрейфом блоков цепи аналого-цифрового преобразовани При этом в счетчике 11 фиксируетс дополнительный код числа. N. ,где NQ - информационная емкость счетчика 11. Во втором такте блок 16 управлени переводит переключатель. 4 полярности в противоположное.состояние, при котором напряжение U у включается встречно к напряжению (д источника На входе усилителя напряжение JUp - Ux) RBX вх в процессе аналого-цифрового преобразования напряжений блоками 3, 6, 7 и 8 через элемент 12 собирания ria суммирующий- вход реверсивного счетчика 1I поступает число импульсовfj К (и о- Ux)fo R

При этом в счетчике 11 фиксируется дополнительный код чис.па

-N, -N,.N, -fM.-|u,.No - Kp-fK Лу

в третьем такте измерения блок управления переводит переключатель 4 в исходное состояние, а переключатель 2 в нижнее положение. При этом сопротивление принимается равным, априорно и.звестному значению R BHyTpeHнего сопротивления эталонного источника напряжения. На входе усилителя 5 напряжение

Ux RftK

и

которое по сигналу из блока 16 управления преобразуется в код числа

N fp-K U yRfex . р

N - D . D . V

W

ex °

который поступает на вход реверсивного счетчика 10, вследствие чего в нем фиксируется код числа мм- fpK Rax-Up

r RBX

Реверсивный счетчик 10, элемент 12 собирания, группа 13 элементов совпадения и счетчик 14 результата обТ.е. код N в счетчике 14 пропорционален значению измеряемого напряжения , гратном 10.

при

2Мо

По окончании цикла аналого-цифрового преобразования результат измерения индицируется в устройстве I7 цифровой индикации.

Результаты измерения практически не зависят от построенного смещения В, изменения наклона и функции преобразования вольтметра,, а также от внутренних сопротивлений измеряемого и эталонного источников напряжения.

50

Формула изобретения

Цифровой вольтметр, содержащий источники измеряемого и эталонного напряжений, последовательно соединенные усилитель, интегрирующий гяапого-цифровой преобразователь, селектор, сче.тно-решающее устройство и устройство 6 разуют двоичный умножитель частоты. Поэтому при открытии селектора 8 по сигналам из блока 16 управления с окончанием третьего такта измерении на вход счетчика 14 поступают импульсы с частотой следования f генератора 6. На выходе элемента 12 собирания имеем импульсы с частотой следования f - Mii-« - N3) IT, где N.-N - код числа в счетчике 10. С приходом на суммирующий вход счетчика I 1 числа импульсов N - N/ fo он переходит в нулевое Rx-t-R 0 состояние, вследствие чего сигнал с его выхода закрывает селектор 8 и поступление импульсов на вход счетчика 14 прекращается. В счетчике 14 фиксируется число импульсов-V-oV . Ni.,lJl2 о N С учетом того, что K-f 02LUo toJ и . 2K.ReyFoU7c 1 Rv+Rn+Rnv отношение 78А цифровой индикации, вход управления которого, а также интегрирующего аналого-цифрового преобразователя и селектора подключены к выходам блока управления, к второму входу селектора подключен генератор импульсов, а вход усилителя соединен с выходом переключателя полярности, .одни входы которого соединены с выходами источника измеряемого напряжения, другие с выходом переключателя, один вход которого подключен к выходу источника эталонного сигнала, а входы управления переключателя полярности и переключателя соединены с соответствунщими вь1ход ми блока управления, отличающийся .тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введен резистор с эталонным сопротивлением, включенный между общей шиной и вторым входом переключателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Бромберг Э.М. и др. Тестовые методы повышения точности измерения. Л., Энергия, 1978, с. 21-130, рис..6-5. 2. приборы и техника эксперимен1978, № 2, с. 83-85 (прототип). та