Устройство для измерения напряжения Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

(5Ю УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения в цифровой код, цифровых измерительных приборах для измерения постоянного и переменного напряжения без коммутации измеритель ной цепи. Известен многопредельный цифровой вольтметр с автоматической коррекцией нуля, содержащий переключатель предела измерений, нуль-орган, масштабный преобразователь, счетчик импульсов, преобразователь кода в напряжение, управляющее устройство, элементы Ц., вспомогательный счетчик, вспомогательный , преобразователь кода в напряжение устройство не обеспечивает по ной коррекции нуля, которая принци- пиально неустранима в процессе калиб ровки устройства, обладает мальм быстродействием из-за большого числа операций в процессе измерения, при ЭТОМ в процессе калибровки вольтметра производится коммутация входных цепей. Известно также устройство для измерения напряжения, содержащее последовательно соединенные первый элемент И, первый счетчик, ПКН и масштабный преобразователь, к второму входу которюго подк/ючен первый выход блока управления, второй и третий выходы которого подключенысоответственно к первым входам первого и второго элемента И, выход последнего соединен с входом второго счетчика, управляемый делитель, резистор сравнения и генераторный пороговый блок, вход которого через управляемый делитель подключен к выходу масштабного преобразователя, входной клемме устройства и первому выводу резистора . сравнения, второй вывод которого подключен к общей шине, при этом первый выход генераторного порогового блока подключен к вторым входам первого и второго элементов И, а второй выход к входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя С2. Недостатками такого устройства являются наличие погрешности за счет масштабного преобразователя, малое быстродействие, так как в обоих тактах уравновешивания приходится уравновешивать измеряемое напряжение и некоторую величину порогового напряж ния, а также сложность всего устройства. Цель изобретения - увеличение-точ ности, быстродействия и упрощение структуры устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения напря жения, содержащее резистор сравнения .соединенный первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя напряжения, а вторым выводом - с об.щей шиной, два элемента И, первые вх .ды которых подключены к первому выхо ду генераторного порогового блока, соединенного вторым выходом с первым входом блока управления, а входом с выходом управляемого делителя напряжения, введены реверсивный счетчи генератор линейно-изменяющегося напряжения, два триггера и элемент ИЛИ при этом выход первого элемента И подключен к первому входу реверсивно го счетчика, а второй вход соединен с выходом первого триггера и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому выводу резистора сравнения причем второй вход реверсивного счет чика соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения и первым выходом блока управления, вто рой выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, шиной Сброс, первым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу генераторного , порогового блока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом вто рого элемента И, второй вход которог подключен к выходу второго триггера, вfopoй вход которого соединен с шиНОЙ Пуск. На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы режимов измерения постоянного и переменного напряжений. . Устройство для измерения напряжения содержит резистор 1 сравнения и управляемый делитель 2 напряжения, входящие в общую регулируемую электрическую цепь .обратной связи генераторного блока 3 (например, генератор гармонических колебаний с заданным порогом срабатывания U, обеспечивающим его самовозбуждение, элемент И , реверсивный счетчик 5, управляемый генератор 6 линейно-изменяющегося Haпряжения (например, на базе интегратора), триггеры 7 и 8, элементы И 9 и ИЛИ 10, блок управления 11, при этом один вывод резистора 1 соединен с общей шиной, а другой - с входной шиной, выходом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и через управляемый делитель напряжения - с reHepaTOphibiM пороговым блоком 3, к первому выходу которого через элемент И t подключен первый вход реверсивного счетчика, причем управляющий вход элемента И Ц объединен с управляющим входом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и подключен к выходу триггера 8, второй вход реверсивного счетчика объединен с управляющим входом управляемого делителя 2 напряжения и соединен с первым выходом.блока 11 управления, первый вход триггера 8 через элемент ИЛИ подключен к второму выходу геНераторИогр порогового блока 3 и шине Сброс объединенной с первыми входами триггера 7, блока 11 управления и третьим. В.ХОДОМ реверсивного счетчика 5 второй вход триггера 7 подключен к шине Пуск, а блока управления 11 к второму выходу генераторного порогового блока, триггера 8 - через элемент И 9 к выходу триггера 7 и первому выходу генераторного порогового блока 3, четвертый вход реверсивного счетчика 5 соединён с вторым выходом блока управления 11. Преобразователь работает следующим образом. Перед началом измерения генераторный пороговый блок 3 устанавливается в режим самовозбуждения изменением тока в его цепи обратной связи, и по команде Сброс сбрасываются в исходное состояние триггеры 7 и 8, блок 11 управления и реверсивный счетчик, который при этом устанавливается блоком 11 управления в режим прямого сч та, а управляемый делитель напряжени включается на коэффициент деления 1/ По команде Пуск триггер 7 запус кается и открывает элемент И 9 для импульсов с выхода генераторного порогового блока (фиг. 20) на вход три гера 8. Первым импульсом триггер 8 запускается,.открывает элемент И k для счетных импульсов, проходящих с выхода генераторного порогового блока 3 на вход реверсивного счетчика 5 и запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения 6. При этом на его выходе начинается рост линейноизменяющегося напряжения U| (фиг. 2о). Рост и происходит до тех пор, пока напряжение U, не станет равным сумме измеряемого напряжения и и порогового напряжения В момент уравновешивания t происходит срыв колебаний на информационном выходе 12 генераторного порогового бло ка 3 и одновременно импульс команды с выхода 13, соответствующий момент t срыва колебаний генераторного порогового блока 3 (фиг. 2е), поступает йа триггер 8 и сбрасывает его в нулевое состояние. Вследствие этого элемент И k отклкзмает выход 12 от входа счетчика, прекращает изменение напряжения на выходе генератора лине но-изменяющегося напряжения 6, где у танавливается постоянное компенсацио ное напряжение, равное где и Т t - t, и в реверсивном счетчике 5 фиксирует ся код, пропорциональный U. В тот же момент t импульс с выхода 13 запускает блок 11 управления, который включает счетчик 5 на счет в обратном Направлении и устанавливает коэффициент деления равным 1/1. Напряжение на резисторе 1 сравнения увеличивается на величину и,, и становится равным Up. Вследствие этого равенство. UK/J Uy + Uq нарушается, генераторный пороговый блок 3 вновь самовозбуждается и на его информационном выходе 12 появляются импульсы. Первый из серии импульсов через элемент И 9 снова запустит триггер 8, который откроет элемент И t и генератор линей но-изменяющегося напряжения 6. На к; вход реверсивного счетчика 5 начнут поступать импульсы с выхода 12, а на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения 6 вновь начнется линейное изменение напряжения } в момент времени t-В момент окончания уравновешивания справедливо соотношение UKQ Uv + и п гдеиц и; Ц кп кп -и, КЕоТ и в реверсивном счетчике 5 запишется код, пропорциональный разности напряженийи - UKO КЕоТ - КЕоТе КЕо(Т - Т) Ux. Измерение переменного напряжения начинается с подачи на блок 11 управления команды по шине , изменяющей режим функционирования и включающей его элемент задержки (например ждущий мультивибратор с ключом). Затем по команде Пуск начинается прямое уравновешивание переменного напряжения в течение одного или нескольких полупериодов измеряемого напряжения по описанному ранее алгоритму и счет импульсов (фиг. 3) реверсивным счетчиком 5 в прямом направлении. При этом за время каждого полупериода во время срабатывания генераторного порогового блока 3 когда , на выходе 13 генерируется отрицательный импульс, а во время срыва колебаний - положительный (фиг. 3с). Положительный импульс запускает элемент задержки блока 11 управления, а отрицательный сбрасывает и исключает его срабатывание. Когда произойдет полная компенсация амплитуды напряжения U (фиг. 3d) во время действия следующего импульса Ux, срабатывания генераторного порогового блока 3 не произойдет и поэтому элемент задержки сработает через время t. sA t, где Т - период измеряемого напряжения. При этом блок 11 управления включает реверс счетчика 5 и одновременно устанавливает коэффициент деления делителя напряжения 2 равным 1/1. За время следующего полупериода измеряемого напряжения происходит уравно-. вешивание напряжения U.« с одновре- . манным обратным счетом импульсов реверсивным счетчиком 5. Согласно описанному ранее аглоритму в реверсивном счетчике 5 записывается код, пропорциональный амплитуде U, а влияние порогового наГ1ряжения на результат измерения исключается. Предлагаемое устройство для изме рения постоянного и переменного напряжения без коммутации измерительн цепи имеет большую точность измерения, так как в нем отсутствует oneрация масштабирования напряжения компенсации. Кроме того, предлагаемы алгоритм измерения напряжения предпо лагает более простую схемотехническую реализацию всего устройства в целом и его отдельных функциональных узлов. Быстродействие устройства возрастает почти в два раза, посколь ку уравновешивание измеряемого напря жения производится лишь на первом такте, а на втором такте уравновешивается лишь половина порогового напряжения. Формула изобретения Устройство для измерения напряжения, содержащее резистор сравнения, .соединенный первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя напряжения, а вторым выводом - с общей щиной, два элемента И, первые входы которых подключены к первому выходу генератор ного порогового блока, .соединенного вторым выходом с первым входом блока управления, а входом - с выходом управляемого делителя напряжения, отличающеес я тем, что, с целью увеличения точности, быстродействия и упрощения. 85 В него введены реверсивный счетчик, генератор линейно-изменяющегося напряжения, два триггера и элемент ИЛИ, при этом выход пepвo o элемента И .подключен к первому входу реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом первого триггера и входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому выводу резистора сравнения, причем второй вход реверсивного счетчика соединен с управляющим входом управляемого делителя напряжения и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, шиной Сброс, первым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ второй вход которого подключен к второму выходу генератора порогового блока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, второй вход которого соединен с шиной Пуск, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР , кл. Н 03 К 13/02, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР 766007, кл. Н 03 К 13/20, 29.11.78 прототип).

Ц

/ ,