Цифровой измеритель напряжения Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение огносится к цифровой электроизмерительной технике. Известен цифрово й измеритель напряжения, содержащий два сравнивающих бло ка, один вход первого из которых подсоединен к общей шине, а другой - к выходу генератора пилообразного напряжения и первому входу второго сравнивакяцего блока, второй вход которого подсоединен к источнику измеряемого напряжения, RS-триггер, S- и R- входы которых соединены, соответственно с выходами первого и второго сравнивающих блоков, а выход соединен с одним входом элемента И, вход которого соединен с выходом генератора импульсе, а выход - со входом счетчика 111. Однако в данном измерителе ввиду того, что переход пилообразного напряжения нуль осуществляется первым сравнивающим бл(Жом,то коррекция производится только аддитивной погрешности. Не корректируется мультипликативная погреш ность, являющаяся основной и вызванной, В основном, нештейностью пилообразарго напряисения, Известен цифровой измеритель напряжения, в котором применен наиболее универсальный ме од автоматической коррекции погрешнос5Рей,Он содержит OEyxnii. зиционный переключатель, один вход ко- . торогр соесщнен с входным зажимом устройства, другой вхоа соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя нагряжения, а вырсоа - со входом масштабного усилителя, сравниваюишй блок, один вход соединен с вьАодом масштабного усилителя, другой вход соепи- : нен с вьрсодом генератора ступенчатого нагряженвя и входом формирующего блока, а выход - со входами первого и второго счетньк триггеров, одни выход первого из которых соедаЯен со входом первого Ключа, а другой выход - с у№равляюшим входом генератора ступенчатого напряжения, один выход второго счетеого триггера соединен со входом второго ключа, а другой вькод - со вхо цом третьего ключа и управляющими вхо аами дешифратора и матрицы памяти, вхоа первого ключа соединен со входом формирующего;блока, а выхоа - со вхооами второго и третьего ключей| выхоцы которых соединены со входами управпения реверсивного счетчика, выход которого соеоинен с выходом аешифратора и через матрицы памяти - со входами иифро-аналогового преобразователя напряжения l . В этом устройстве производится поочередное измерение входного сигнала и сигнала цифро-аналогового преобразователя напряжения и далее обрабатывается по формуле Уп -Упн-Упч Уо ) ffle Цп - цифровой результат П -го цик ла коррекции; п - цифровой результат (Л -1)-г цикла кфрекции} . - результат измерени выходной величины цифро-ана логового преобразователя; Уо - цифровой результат измерени входного напряжения. Недостатком данного устройства явля ется низкое быстродействие, так как время измерения составляет 1ь(гпм). J где tu - время одного такта измерени входного напряжения или выходной величины цифро-анало гового феобразователя} Г - число тактов измерения; и как видно из этой формулы, при большом числе циКлс коррекции время измерения также увеличивается, Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель напряжения, содержащий первый блок сравнения,первый Bxopi которого соединен с входной ишной, а выход - с -входом RS -триггера, счетный триггер, единичный выход которого через ключ соединен со счетны вхоарм реверсивного счетчика, выходы которого через последовательно соединенные блок памяти и ЦИФРоаналоговый преобразователь соединены с первым вхо дом ц хпозиционного переключателя, второй вход которого соединен с обшей шийой, а третий вход - с первым выхоцом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответст.венно с управляющими входами блока гта мяти и реверсивного счетчика, генератор импул1эсрв, второй блок сравнения, элементы И и ИЛИ и генератор линейно-изменяющегося напряжения, управляющий вход которого соединен с четвертым ько5ом блока управления, fa выход соединен со вторым входом первого блока сравнения и с первым входом втфого блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу двухпозишю Ногп переключателя, а выход подключен к S-входу -триггера и к первым входам элементов И и ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого, блока сравнения, при этом выход элемента И соединен с 1 -входом счетного триггера, счетный вход которого сЬединен с выхо.дом элемента ИЛИ, а выход генератора соединен со вторым входом ключа; На чертеже представлена структурная, схема цифрового измерителя напряжения, Цифровой измеритель содержит генератор 1 липнейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), двухпозиционный переключатель 2, сравнивающие блоки 3 и 4, элемент 5 ИЛИ, элемент 6 И, RS -триггер 7, счетный триггер 8, генератор 9 импульсов, ключ Ю,реверсивный счетчик 11, матрица 12 пaмятиi цифро-аналоговый преобра- oBajrenb (ЦАП) 13 и блок 14 управления, Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии на выходе сравнивакших блоков 3 и 4 имеются сигналы, соответствующие уровню логической 1, при этом элемент И 6 срабатьюает и в результате на вЫходе счетного триггера в удерживается в О и,следовательно, ключ 10 закрыт, импульсы от нератора 9 на PC-11 не поступают, По сигналу от блока 14 управления реверсивный счетчик 11 Тфиводится г в исходное состояние, двухпозияионный переключатель 2 подключается к земляной шине и запускается генератор 1,При nepeJcotte выходного напряжения ГЛИН I через нуль срабатывает сравнивающий блок 4, выходной сигнал которого устанавливает RS-триггер 7 в состояние 1 и через элемент ИЛИ переводит счетый триггер 8 в состояние 1, этом открывается ключ 10 и выхош1ые cnniaлы генератора импульсов 9 поступают в реверсивный сигнал с выхода RSтриггера 7, При равенстве выходного напряжопля генератора 1 входному напряжении) (/ 5Й срабатывает срявщ ваюишй блок 3, выхо ной сигнал которого через элемент 5 ИЛИ устанавливает счетный триггер 8 в состояние О и доступ импульсов в рёверсивный счетчик II от генераторайм пульсов прекращается.Таким образом, в реверсивном счетчике 11 получается цифровой результат измерения У величи.ны Ux , Как показано выше, результант п -го скорректированного результата опрецеля ется по формуле;, Уп-УпМ-Упм Уо. i Если это выражение переписать в вице ()/ то видно, что для получения результата . каждого цикла коррекции к предыдущему скфректированному результату (или к ре; льтату измерения Ux, Уо в первом цикле коррекции) следует прибавить разность ( Уо - у}, ) (или вььчесгь, в зависимости от знака разности),«Эту разность можно получить ес/м производить одновременное сравнение вхо ного напряжения Ux и выходного напряжения ЦАП . ГТри этом, от момента срабатывания одного сравнив ающего блока до момента срабатьюания другого, импульсы генератора 9 пропускаются через Ключ в реверсивный счетчик, где происходит суммирование (или вычитание) Кода с ранее записанным в нем кодом предыдущего измерения. В результате при идентичных характеристиках сравнивающих блоков получаются скорректированны результаты измерения входного напряже- imsr. Полученный результат Уо первого измерения Ux запоминаетсяв реверсивном счетчике 11 и по сигналу от блока управления 14 запи9ывается в матрицу 12 памяти, выходные сигналы которого по- даются на вход ЦАП 13. На выходе по следнего образуется напряжение, соот ветствующее коду УО .По сигналу от блока управления 14 двухпозиинонный переключатель 2 замыкается на выход ЦАП 13 и запускается ГЛИН I. Выходной ситал ГЛИН I подается на вход обоих сравнивамцих блоков 3 и 4, с помощью которых осуществляется ощювременное сравнение входного нащ яжения U)t и выходного напряжения ЦАП 13, первым срабатывает сравнивающий блок 3, если Ux Uu, , или же сравнивающий блок 4, еслк Ux U 4 . Вы786хоцные сигналы сравнивающих блоков проходят через элемент ИЛИ и перебрасываЮт счетный триггер 8, на вькоце которого созцается разностный времен- ной интервал между результатами срав Ux и U ;В случае/ если Ux Uu . {т. . У результат измерения выходного напряжения ЦАП 13 ,после преобразования копа У в напряжение) первым срабатывает сравнивающий блок 3, выходной сигнал которого подается на R-вход Р$-трит гера 7 и устанавливает его в нулевое состояние.Тем самым реверсивный счетчик 11 становится в режим вьгчитания; В случае, если Uy Ч (т.е. Уо Уо) первым срабатьшает, сравнивающий блок 4, выходной сигнал которого уста1гавливаег RS-триггер 7 в единичное состояние и тем самым реверсивный счетчик II ставится в режим сложения;Поэтому за интервал времени, по;15 ченный между моментами срабатывания сравниваю1Щ1х блоКов 3 и 4, открьюается ключ 1О, импульсы генератора 9 импульсов подают- ся в реверсивный счетчик 11 и складываются (вычитаются) с ранее записанным результатам. В итоге получаем первый скорректированнь1й результат измерения У величины. Ux . Во втором цикле коррекции код У запоминается в реверсивном счетчике 11 и по сигналу от блока 14 управления переписывается в матрицу 12 памяти, выходные силь которого управляют разрярядами ЦАП 13. На выходе пос1еднего образуется напряжение, пропорциональное коду У . Произвощятся одновременное сравнение UA и ц с помсацью ГЛИН 1, Затем вновь определяется разностный временной интервал, в течение которого в реверсивный счетчик 1.1 поступают импульсы гейератсра 9 и в заи симости от знака разности ( УО - У, где У результат измерения выходного Hanps жения UAJT 13 после преобразования кода У , в напряжение) производится либо суммирование либо вычитание в реверсивном счетчике 11. Таким образом, получаем второй скорректированный, результат измерения Уг. величины U)f . Далее измерительно-вычислительный процесс продолжается аналопично до момента равенсп а Ux и выходного напряжения ЦАП 13. При этом сравниваюише блоки 3 и 4 срабатывают одновременно, вькооныэ сигналы которых чеpea э;|емент И 6 устанавливают счетный 79 григтер 8 в нулевое состояние,Тем самым процесс измерения и коррекции заканчиваегся, В предложенном измерителе время из мерения составляет t (hH) T.h, в каждом цикле кфрекшш тpeбyeJ ся времени измерения на ошш такт меньше, чем в извесгаом устройстве (в общем примерно в два раза меньше, чем в известном устройстве). Таким образом повышается быстродействие цифрового измерителя на пряжения,Это позволяет также значительно уменьшить динамическую погрешность от изменения входной величины за время измерения, Одна из отличительных особенностей предложенного устройства от известного заключается в том, что в нем не производится коммутация входного нащэяжения и это позволяет исключить влияния погрешносте-й входного переключателя на общую результирующую погрешность. Формула изобретения Цифровой измеритель напряжения, содержащий первый блок сравнения, первый вход которого соединен со входной шиной, а выход - с 1 -входом RS-триггера, счетный триггер, единичный выход -которого через Ключ соединенсо счетным входом реверсивного счетчика, выходы Которого через последовательно соединенные блок памяти и цифроаналоговы преобразователь соединены с первым вхо88дом двухпозидионного переключателя, второй вход которого соединен с общей щиной, а третий вход - с пфвым выходом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами блока памяти и реверсивного счетчика, отличающийся тем,что,с целью повышения точности и быстродействия пре- образования, введены генератор импульсов, второй блок сравнения, элементы И и ИЛИ и генератор линейно-иэменяк щегося напряжения, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, выход соединен со вторым входом первого блока сравнения и с первым входом второго блока сравнения, втсрой вход которого подключен к выходу рвухпозиционного переключателя, а выход подключен к 5 -входу RS-триггера и к первым входам элементов И и ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого блока сравнения, при этом выход элемента И соединен с Рвходом счетного триггера, счетный вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход генератора соединен с вторым входом ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1; Гитис Э, И, Преобразователи информации для электронных цифровых вычислите/шных устройств, М,, Энергия, 1975,с, 389. пис. 8-8. 2. Алиев Т, М, и др. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов, М,, Энергия, 1975, с,- 146-148, рис, 3-2,