Устройство для измерения частоты Советский патент 1981 года по МПК G01R23/06 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме некие в информационно-измерительных системах.

Известны конденсаторные измерители частоты 1.

Конденсаторные частотомеры, обладая высокой температурной стабильностью, имеют и ряд существенных недостатков. К их числу относятся невысокая точность, малый выходной ток и высокое выходное сопротивление.

Наиболее близко к предлагаемому частотомерное устройство компенсационного типа с унифицированным выходом по напряжению, содержащее формирователь управляющих напряжений, источник опорного напряжения, соединенный с конденсаторным частотомером, состоящим из двух ключей и двух эталонных конденсаторов, выход-которого соединен со входом фильтрующего усилителя постоянного тока 2 .

Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обусловленная малым выход«ым током, а также инерционностью ключей, которая приводит к тому, что во время переключения оба ключа некоторое время находятся в замкнутом состоянии и через них проходит значительный сквозной ток, величина которого определяется нелинейным и нестабильным

10 сопротивлением ключей.

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, со15держащее источник постоянного напряжения, формирователь управляющих напряжений, эталонный конденсатор, два ключа, фильтрующий усилитель постоянного тока, выход которого яв20ляется выходом устройства, дополнительно введены формирователь задержек, вход которого соединен с выходом формирователя управлякнцих напряжений, и два ключа, соединенные с двумя основными ключами по мостовой схеме, в одну из диагоналей которой включен эталонный конденсатор, один из выводов другой диагонали мостовой схемы подключен к положительному выво ду источника постоянного напряжения, другой вывод диагонали подключен ко входу фильтрующего усилителя постоянного тока, а управляющие входы ключей соединены с выходами формирователя задержки. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для измерения частоты на фиг. 2 - временные диаграммы. Устройство содержит формирователь 1 управляющих напряжений, формирователь 2 задержки, конденсаторный частотомер 3, состоящий из ключей 4-7, соединенных по мостовой схеме, в диагональ которой включен эталонный конденсатор 8, источник 9 постоянног опорного напряжения, фильтрующий уси литель 10 постоянного тока, в состав которого входят резистор 11, входной Конденсатор 12, операционный усилитель 13. Устройство работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение Ug( фиг. 2,в) при помощи форми рователя управляющих напряжений 1 преобразуется в симметричные импульс прямоугольной формы (фиг. 2,б,в).В случае, если входное напряжение уже имеет форму симметричных прямоугольных импульсов, блок 1 из схемы может быть исключен. Выходные напряжения блока 2 (фиг. 2,г,д, также представляющие собой прямоугольные импульсы управляют работой ключей 4-7, причем отпирание ключей происходит при отри цательном управляющем напряжении, а запирание - при положительном. Как видно из временных диаграмм (фиг.2,г в течение промежутка времени Ь после начала каждого полуп риода Ugv н обе пары ключей подается последовательное управляющее напряжение, тем самым ;йсключается возможность их одновременного :замыкания. В один из , полупериодов конденсатор 8 заряжается от источника 9 опорного напряже ния через замкнутые ключи 4, 7, ключи 5, 6 в это время разомкнуты. В другой полупериод достояние ключей изменяется, и конденсатор 8 перезаря жается через замкнутые ключи 5, 6 ключи 4, 7 в это время разомкнуты. 4 Ток перезаряда конденсатора 8 (фиг.2,е) является входным током фильтрующего усилителя 10 постоянного тока с параллельной отрицательной обратной связью через резистор П. Конденсатор 12 подавляет высшие гармоники и вьщеляет постоянную составляющую ICP тока. Ток Хср сравнивается с током обратной связи протекающим по резистору обратной связи 1,1 . Разность токов создает напряжение разбаланса бО , которое усиливается усилителем 13. Выходное напряжение частотомера. CtJ где Кр - коэффициент усиления разомкнутой системы. Для тока Гер -.,-,. г I У1 dt, ср т о где Т 1/ - период входного напряжения . Полагая, при большом коэффнциента усиления усилителя 10,, а также, что конденсатор 8 успевает за вре-. мя полупериода 0,5Т полностью перезарядиться, т.е. напряжение на его обкладках к концу полупериода равно выходному напряжению источника 9, получаем: 2 О.БТ. О си-е-° ;, где Кцд- сопротивление двух замкнутых в данный полупериод ключей; V CR|(. - постоянная времени цепи перезаряда. Благодаря такому сопротивлению замкнутых ключей 0,5 Т t, следовательно, Icp--4U,Cf,. Подставляя это значение (.1), находим I.Kp При этом Кр 1 Bbix- n oc BK т.е. выходное напряжение устройства прямо пропорционально частоте - g входного напряжения и не зависит от параметров усилителя 13. Введение дополнительно двух ключей и формирователя задержек позволило уменьшить погрешность устройства по сравнению с известным устройством .2) в 3 раза за счет увеличения вдвое выходного тока конденсаторного частотомера и исключения такого состояния ключей, когда они одновременно замкнуты.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты, содержащее источник постоянного напряжения, формирователь управляющих напряжений, эталонный конденсатор, два ключа, фильтрующий усилитель постоянного тока, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, дополнительно введены формирователь задержек , вход которого соединен с выходом формирователя управляющих напряжений, и два ключа, соединенные с двумя основными ключами по мостовой схеме, в одну из диагоналей которой включен эталонный конденсатор, один из выводов другой диагонали подключен к ПОЛОЖИТЕЛЬНОМУ выходу источника постоянного напряжения, другой вывод диагонали подключен ко входу фильтрующего усилителя постоянного тока, а управляющие входы ключей соединены с выходами формирователя задержек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Полулях К.С. Электронные измерительные приборы. М., Высшая школа 1966, стр. 208-220.

2. Лейтман М.Б . Частотомерное устройство компенсационного типа с унифицированным выходом по напряжению. Известия вуз9в, Приборостроение, ,№6, 1974, с. 18-23 (прототипК

Z1

ff

а

7 J V

§

6

t

.t

ts

V

е

f-i-t -f