Цифровой вольтметр постоянного тока Советский патент 1981 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровьк вольтметрах постоянного тока. Известны цифровые вольтметры пост янного тока с автоматическим выбором предела измерения, содержащие высокочувствительный блок выбора предела измерения, состоящий из уси лителя постоянного тока типа ЩЩ, цепи обратной связи и коммутирующих ее ключей, аналого-цифровой пре образователь (АДП)И блок управления, причем усилитель постоянного тока и АЦП используются как при выб ре предела измерения, так и для ана лого-цифрового преобразования измеряемой величины 1. Недостаток этих цифровых вольтметров - большое время выбора пре- дела измерения, обусловленное инерц онностью усилителя типа МДМ и соответственно большим временем установления напряжения на его выходе после каждой коммутации цепи обратной связи. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемо гу является цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которых - высокочувствительный и инерционньш, а второй - малочувствительный и быстродействующий, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-цифрового преобразовате.тя 2 . Однако этот вольтметр имеет низкую точность, обусловленную взаимным влиянием блоков выбора предела измерения.

Цель изобретения

повьшение точJHOCTH.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которых - высокочуветвитель;ный и инерционный, а второй - малочувствительный и быстродействуюнщй, аналого-цифровой преобразователь, бхгак управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройства и входом чувствительного и инерционного блока выбора предела измерений, выход которого подключен ко второму входу переключателя, выход последнего через малочувствительный и быстродействующий блок вы:бора предела измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход пврекл очателя подключен к дополнительному выходу блока управлепия.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Цифровой вольтметр содержит первый - высокочувствительный и инерционный блок выбора предела изм:ерения в виде высокочувствительного услителя 1 типа 1У1ДМ с входами 2 и 3} выходом 4 и цепью 5 обратной связи с коммутиру1ощими ее ключами, второй малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела в виде малочувствительного и быстродействующего усилителя 6 (с непосредственн связью каскадов) со входами 7 н 8 выходом 9 и цепью 10 обратной связи с коммутирующими ее ключами, причем цепи обратной связи идентичны, аналого-цифровой преобразователь (АЦП} 11 с информационным 1 2 и управляющ1-1М 13 входами и выходом 14 блок 15 управления со входом 16 и выходами первым 17, вторым 18, третьим 19 и четвертым 20. переключатель 21 с информатдионньгми 22 и 23, управляющим 24 входами и выходом 25.

Вход 22 перекгаочателя 21 соединен с одним входом устройства, к которому подключается измеряш- йе наряжение Uy, и с входом 2 высокоувствительного усилителя , выход

4 последнего соединен со вторым вхоом 23 переключателя 21. Выход 25 переключателя 21 соединен со вхоом 7 быстродействующего усилителя 6, выход 9 которого соединен с инормационным входом 12 АЦП 1. Цепи обратной связи 5 и 10 включены соответственно между выходами 4 и 9, и входами 3 и 8 усилителей

1и .6, Вход 16 блока 15 управления соединен с выходом 14 АДП 11, выходы 17 и 18 соединены соответственно

с управляющими входами ключей, коммутирующих цепи обратной связи 5 и 10, выход 19 - с управляющим входом 13 АЦП 11, а выход 20 - ,с управляющим входом 24 переключателя 21. : Между выходом 4 высокочувствительного усилителя I и входом 23 переключателя 215 а также между входом

2усилителя 1 и входом 22 переключателя 21 могут включаться фильтры

(на чертеже не показаны).

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении переключатель 21 вьжлючен, вход 23 переключа- теля 2 замкнут с его выходом 25, а ключи в цепях 5 и 10 обратной связи установлены так что коэффициенты усиления усилителей 1 и 6 равны единице. Цикл измерения начинается с включения переключателя 21, для чего с выхода 20 блока 15 управления поступает сигнал, размыкающий вход 23 переклзочателя 21 с его выходом 25 и замыкающий этот выход с его входом 22. При этом благодаря единичному коэффициенту усиления усилителя 1 он не входит в насьш ;ение ни при каком значении напряжения U, а благодаря единичному коэффициенту усиления усилителя 6 на информационном входе 12 АЦП 11 появляется напряжение U. , равное измеряемому напряжению J.

Далее с выхода 19 блока 15 управления поступает команда на вход 13 АЦП 11, в результате которой с этого момента и до конца выбора предела измерения напряжения U/ сравнивается с Оэ и где максимально входное напряжение, на которое рассчитан АЦТ П (коэффициент 0,1 обусловлен тем, что коэффициенты усиления усилителей 1 и 6, также как и пределы измерения цифровых приборов. кратны 10) и для получения наибольшей точности аналого-цифрового пре разования измеряемого напряжения и необходимо, чтобы цифровое знач ние А напряжейия U было оптимальны т.е. вьтолнялось соотношение 0,1Ад , где А;д - максимальное цифро вое значение АЦП 1I, соответствующее Уд . В результате упомянутого сравне напряжений 0, Ц на выходе 14 АЦП 11 появляется сигнал, полярность которого зависит от соотношения указанных напряжений, причем, е ли U|, О, Шд (т.е. предел измере ния, установленный в данный момент еще не оптимален и его следует изме нить) , то на вход 16 блока 15 упра ления поступает такая команда, что последний по вьгходу 18 переключает ключи в цепи 10 обратной связи таким образом, что коэффициент усиления усилителя 6 становится равным и.,, становится десяти и напряжение равным .lOUj. Это напряжение сравнивается в АЦП с напряжением 0,111, и .результат сравнения в виде соответствующей команды поступает на вх 16 блока 15 управления, который по своему выходу 18 переключает цепь о ратной связи 10, увеличивая коэффиц б еще в 10 ент усиления усилителя b еще в раз. Так продолжается до тех пор, пока не выполняется условие U. LL.. что свидетельствует о выборе оптимального предела. В этом случае АЦП 11 подает на вход 16 блока 15 управления комараду окончить выбор предела, в результате которой блок 15 управления по выходу 17 устанавл вает ключи в цепи 5 обратной связи в положение, соответствующее выбран ному пределу, по выходу 18 - ключи в цепи 10 обратной связи - в положение, соответствующее единичному коэффициенту усиления усилителя 6, по выходу 19 выключает в АЦП напряжение iO,lU, а по выходу 20 выключает переключатель 21, в результате чего его выход 23 соединяется с выходом 25. По прошествии времени, необходимого для установления напряжения на вькоде 4 усилителя 1 с необходимой точностью (это время задается в блоке 15 управления), с выхода 19 блока 15 управления поступает команда на вход 13 АЦП 11 о начале аналого-цифрового преобразования на выбранном прел;еле. По этой команде АЦП осуществляет аналого-цифровое преобразование и выдает о нем информацию с учетом десятичной запятой (положение которой определяется выбранным пределом измерения) в отсчетное устройство АЦП. После этого блок 15 управления по выходу 17 устанавливает ключи, коммутирующие цепь 5 обратной связи усилителя I в положение соответствующее единичному коэффициенту усиления усилителя 1 (во избежание его перегрузки при изменении величины . и). Устройство готово к следующему измерению. Таким образом, в предлагаемом устройстве отсутствует взаимное влияние блоков выбора предела измерения, поэтому оно имеет более высокую точность при сохранении высокого быстродействия. Кроме того, в нем малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела выполняет две функции: усиления сигнала в процессе выбора предела измерения и разрядки выходной- цепи высокочувствительного блока выбора предела и входной цепи АЦП (что особенно важно „р наличии упомянутых фильтров), в процессе аналого-цифрового преобразования. Это снижает требования к входному сопротивлению А14П и упрощает устройство. Формула изобретения Цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичньши цепями обратной связи, первый из которыхвысокочувствительный и инерционный, второй - малочувствительный и быстродействующий, аналого-цифровой преобразователь, 6jioK управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, в него введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройства и входом высокочувствительного и инерционно7

го блока выбора предела измерений, выход которого подключен ко второму входу переключателя, выход последнего через малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход переключателя подключен к дополнительному выходу блока управления.

8559888

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Цифровой универсальный изме5 рительный прибор (ЦУИП), Мапшриборинторг, 1971, с. 11, 24,

2.Авторское свидетельство СССР

№ 369498, кл. Н 03 К 13/02, 08.10.69 (прототип).