Цифровой вольтметр Советский патент 1981 года по МПК G01R13/02 G01R19/26 

(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Известен цифровой вольтметр, выполненный с использованием кодо-импул сцого принципа измерения и содержащий в частности, функционально связанные делитель напряжения, дифференциальный нуль-орган, цифроаналоговый преобразователь, отсчетный блок, а также координирующий работу отдельных узлов блок управления 1. Недостаток известного устройства связан с невозможностью получения высокой чувствительности при достаточно высоком быстродействии, поскольку диф ференциальный нуль-орган при малых уровнях сигналов для каждого шага поразрядного уравновешивания имеет значительное время установления. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является цифровой вольтметр, содержащий усилитель постоянного тока с цепью обратной связи, составленной из резис тивного делителя напряжения, установленного на выходе усилителя, и образцового источника постоянного напряжения, включенного между входной кле.ммой усилителя и средним выводом делителя напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный с выходом усилителя 2, Недостаток указанного устройства заключается в невысокой точности, обусловленной погрешностью используемого делителя напряжения. В положении КАЛИБРОВКА при достаточно большом коэффициенте усиления постоянного тока и отсутствии смещения его нуля, показание прибора А определяется соотношением А EN- к к,,,, где Е.. - ЭДС калибрующей меры (образцового источника постоянного напряжения); К - коэффициент переда и усилителя постоянного тока; Kj.- коэффициент передачи АЦП, 3 При калибровке коэффициент передачи АЦП Kj регулируется до достижения равенства показания А прибора численному значению ЭДС Ej, т. е. после калибровки А Ej и соответственно К,. К,, 1 Если причинной ухода калибровки яви лось изменение коэффициента передачи К усилителя, что при калибровке, про изводимой путем изменения коэффициента передачи К АЦП, в последней бу дет внесена погрешность, компенсирующая погрешность К.. Калибровка АЦП с погрешностью приводит к снижени р точности прибора на тех пределах, на которых он не калибруется. Цель изобретения - повышение точности подобного измерител7зного устрой .ства. Поставленная цель достигается тем что в цифровой вольтметр, содержащий усилитель постоянного тока с цепью обратной связи, составленной из резистивного делителя напряжения, установленного на выходе усилителя постоянного тока, и образцового источника постоянного напряжения, включенного между входной клеммой усилителя постоянного тока и средним выводом резистивного делителя напряжения, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с выходом усилителя постоянного тока, введен п-полюсный п-позиционный переключатель, а резистивный Делитель напряжения выполнен на п рав нономинальных резисторах с с и п-с резисторами в плечах, причем свободные выводы резисторов связаны с подви ными элементами контактов переключате ля, с неподвижных элементов контактов которого соединены со входной клеммой АЦП, а п-с неподвижных элементов контактов - с общей клеммой входа и выхо да усилителя постоянного тока. На чертеже представлена функциональная схема цифрового вольтметра. Вольтметр содержит образцовый источник 1 постоянного напряжения, вход ную клемму 2 усилителя постоянного. тока, вывод 3 делителя напряжения, усилитель 4 постоянного тока, делител 5 напряжения, АЦП 6, общую клемму 7 входа и выхода усилителя, постоянного тока, выходную клемму 8 усилителя постоянного тока. Работа устройства состоит в следующем. При коэффициенте передачи усилителя постоянного тока К, делитель 5 напряжения составляется из п равнономинальных резисторов, коммутируемых так, что при каждой коммутации в одном плече делителя оказывается включенными с, а в другом п-с резисторов. Коммутация делителя 5 напряжения производится п раз, причем при каждом переключении происходит замена одного резистора в каждом плече делителя. При подключенном ко входу образцовом источнике постоянного напряжения с ЭДС Ef в каждом из п состояний делителя 5 напряжения снимается показание вольтметрам находится среднеарифметичес кое значение его показаний Ар-Далее определяется абсолютная погрешность АЦП 6 д fj одном из состояний делителя 5 напряжения коэффициент передачи Kg АЦП 6 регулируется таким образом, чтобы показание вольтметра изме1-1илось на величину найденной его погрешности и в сторону ее исключения. Благодаря использованию п равнономинальных резисторов и переключателя, добиваются увеличения точности регулировки коэффициента передачи АЦП 6, причем точность регулировки АЦП 6 оказывается во много раз выш.е точности усилителя 4 постоянного тока. В результате ошибка устройства на неколебруемых пределах измерения будет определяться только ошибкой коэффициента передачи усилителя 4. В известных же устройствах к ошибке коэффициента передачи усилителя 4 добавляется ошибка АЦП 6, значительная по величине. При необходимости на калибруемых пределах измерения точная регулировка суммарного коэффициента передачи К/ усилителя достигается регулировкой одного из плеч делителя 5 напряжения до совпадения показаний вольтметра,с действительным значением ЭДС образцового источника I постоянного напряжения . Формула изобретения Цифровой вольтметр, содержащий усилитель постоянного тока с цепью обратной связи, составленной из резистивного делителя напряжения, установленного на выходе усилителяпостоянного тока, и образцового источника постоянного напряжения, включенного между входной клеммой усилителя постоянного тока и средним выводом резистивного делителя напряжения, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с выходом усилителя постоянного тока отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен п-полюсный п-позиционный переключатель, а резистивньй делитель напряжения выполнен на п равнономинальных резисторах с с и п-с резисторами в плечах, причем свободные выводы резисторов связаны с подвижными элементами контактов переключателя с неподвижных элементов контактов которого .соединены со входной клеммой аналого-цифрового преобразователя, а п-с неподвижных элементов контактов с общей клеммой входа и выхода усилителя постоянного тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Швецкий В. И. Электронные измерительные приборы с цифровым отсчетом, К., 1970, с. 20. 2. Гренбойз, Пикерелл. Дискретная обратная связь в технике аналого-цифрового преобразования. - Электроника , 1977, № 21, с. 50, рис. 1,а.