Способ измерения отношения двух напряжений Советский патент 1982 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах, в измерительных приборах, а также в аналогоцифровых преобразователях. Известен способ измерения отношения двух напряжений, основанными на том, что определяют интервал времени от начала экспоненциального спада напряжения от уровня, пропорционального первому входному напряжению, до момента его равенства опорному, опре деляют интервал времени от начала экс поненциального спада напряжения от уровня, пропорционального второму входному напряжению, до момента его равенства тому же опорному напряжению и по разности этих интервалов времени определяют логарифм отношени двух напряжений 0 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ заключающийся в фиксации моментов равенства входных напряжений экспоненциально падающему с постоянной времени t опорному напряжению, выделении интервала времени Т. между моментами равенства, формировании постоянного интервала времени Т , начало которого совмещают с началом интервала Т, по окончании интервала Т формируют второе экспоненциально падающее .напряжение от постоянного опорного начального уровня с постоянной времени JT и фиксируют значение этого напряжения в момент окончания интервала Тр, а также постоянную времени, второго экспоненциально падающего напряжения устанавливают равной tr/и , где п - показатель степени, в которую необходимо возвести отношение двух напряженийf2J Недостатком известных способов являе тся низкая точность. Цель изобретения - повышение точности измерения. 398 Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения отношения двух напряжений, основанному на фиксации моментов равенства входных напряжений экспоненциально падаю щему с постоянной времени Т опорном напряжению и выделении интервала вре мени Т, между моментами равенства, дополнительно фиксируют моменты равенства двух постоянных опорных напряжений экспоненциально падающему опорному напряжению, измеряют интервал времени между моментами фиксации вычитают из него интерсал времени Т запоминают полученную разность времен, формируют второе экспоненциально падающее с постоянной времени С напряжение от огюрного уровня с момента начала формирования второго экспоненциально падающего с постоянной времени Т напряжения через время равное, запомненному, фиксируют значе ние отношения напряжений по значению второго экспоненциального напряжения На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 - схема блока управления. Устройство содержит нуль-орган 15, ключи 6-9, резисторы 10-12, конденсатор 13, интегратор 1, нуль-орган 15, блок 16 управления, состоящий из триггеров 17-23, элементов И 2k-28 и элементов ИЛИ 29-31 . flepBKie входы нуль-органов 1-5 подключены соответственно к источникам напряжения: второму опорному Io, входным ир,,и U,,y, первому опорному JQ и третьему опорному U. К вторым входам нуль-органов 1-5 под ключена RC-цепь, состоящая из резистора 10Я1 конденсатора 13, которая .через ключ 6 подключена к источнику опорного напряжения U + AU. Резис тор 10 через ключ 7 заземлен. К входу интегратора 1 через резистор 11 и ключ 8 подключен источник отрицатель.ного опорного напряжения -Uo и через резистор 12 и ключ 9 - источник положительного опорного напряжения +UP, а также первый выход нуль-органа 15. Выход интегратора 14 подключен к входу нуль-органа 15, второй выход которого подключен к вх ду блока 16 управления. Управляющие входы ключей 6-9 подключены к выходам блока 16 управлени управляющим входам которого подклю Пуск и ены источники сигналов Сброс. Сущность способа заключается в ледующем. Экспоненциальное опорное напряжеие и UQ е падает от уровня UQ, ольшего, чем опорное напряжение UQ, оторое, в свою очередь, больше макимального входного напряжения, до ровня опорного напряжения меньего, чем минимальное входное напряение. Можно показать, что т:еи , моменты времени, соотде t и t, ветствующие моментам равенства экспоненциаль ного опорного напряжения напряжениям U и , J&xг где t и tмоменты времени, соот L 3 ветствующие моментам равенства экспоненциального опорного напряжения большему Uo.vy и меньшему U входным BX-f напряжениям. Измерение интервалов времени и производится например, путем преобразования времени в физическую величину А по формуле А kt и в моt. достигает мент t, достигает уровня Dt4-t.) - ( где k - коэффициент преобразования времени в физическую величину. После момента времени t через время Т, достаточное для приведения уровня опорного напряжения к величине Ujj, вторично формируют экспоненциально падающее опорное напряжение U U0 В это же время отсчет времени осуществляют, например, путем обратного преобразования физической вели)ины А в интервал времени. Время, полученное в результате преобразования физической величины А, равно Ч 5 Кг t - момент, времени, соответствующий началу формирования i 5 второго экспоненциального опорного напряжения; t - момент фиксации отношения входных напряжений; k - коэффициент преобразований физической величины в интер вал времени. Подставив значение А из выражения (З) в выражение () получим: . J. л f. 4- {Ci б s ( В момент времени t, экспоненциаль но падающее напряжение фиксируется в качестве выходного. Определим его зн чение: -b6-t5/T %ых Подставив () из выражения (5) в выражение (о), получим; - --- -. .fA 1 бых-V Подставий (t4.-t) и (t -tj) из вы ражений (1)и (2 )в выражение (7, получим-. - b. j )CUoilUoi)(Ueni/Ufc«-,)-, ° -и,()- fUoi.UgixV VUoaUbxJ -Uof- r f f -Kj r °VUoJ VUfrH ИОма/ ,..,Uo2/l|Ki ;где k и (,rp - ПОСТОЯННЫЙ KOэффицйент. Из выражения (8) следует, что величина выходного напряжения, в отличие от известного способа, не зависит от значения 1Г - постоянной времени экспоненциально падающего опорного напряжения, в результате чего повышается точность измерения отноше ния двух напряжений. Устройство, реализующее данный способ (фиг. 2 и 3) работает следующим образом. 2 В исходном состоянии, т, е. после подачи сигнала Сброс, все триггеры находятся в состоянии О, на выходе элемента 29 находится 1, на остальных выходах блока 16-- нули, ключ 6 замкнут, ключи разомкнуты, Напряжение на конденсаторе 13 равно и + ди, нуль-орган 15 поддерживает на выходе интегратора 1 напряжение, близкое к нулю. , ujmon uc л njrji После подачи сигнала Пуск триггер 17 устанавливается в состояние 1, в результате чего ключ 6 размыкается, ключ 7 замыкается, напряжение на конденсаторе 13 начинает экспоненциально падать с постоянной времени С RG,; Нуль-орган k фиксирует момент равенства экспоненциально падающего напряжения опорному напряжению Ц,, при этом замыкается ключ 8, и напряжение на выходе интегратора 14 начинает линейно расти в результате заряда конденсатора интегратора постоянным током (момент t на фиг. 16). Нуль-орган 3 фиксирует момент t равенства экспоненциально падающего напряжения уровню напряжения Ул Р этом ключ 8 размыкается (фиг. 16) и напряжение на выходе интегратора 14 с момента t/j остается неизменным. В момент t фиксации нульорганом 2 равенства экспоненциально падающего напряжения уровню U л (фиг. 16) вновь замыкается ключ о и напряжение на выходе интегратора 14 начинает расти с прежней скоростью . В момент t. фиксации нуль-органом 1 равенства экспоненциально падающего напряжения уровню опорного напряжения и р ключи 7 и В размыкаются, а ключ 6 замыкается, напряжение на конденсаторе 13 начинает расти до уровня U- + Ди, а напряжение на выходе 14 с момента t остается . интегратора неизменным. Нуль-орган 5 фиксирует момент t равенства экспоненциально растущего напряжения уровню UQ, при этом ключ 6 размыкается, ключ 7 и $ замыкаются (фиг. 1а, 6)в результатечегЪ на конденсаторе 13 повторно запускается экспоненциально падающее опорное напряжение от постоянного опорного начального уровня Up, конденсатор интегратора 14 начинает разряжаться постоянным током обратного знака в связи с чем напряжение на выходе интегратора 14 начнет уменьшаться с постоянной скоростью, в момент оконча ния разряда конденсатора интегратора 14напряжение на его выходе достигнет нулевого уровня, сработает нуль-орган 15и ключи 7 и 9 разомкнутся. В эгог момент t (фиг. 16) ПОзначению напряжения на конденсаторе 13 фиксируЮт отношение двух напряжений Ug и Предлагаемый способ позволяет с высокой точностью производить измерение отношения двух напряжений, благодаря тому, что результат измерения не зависит от величины постоянной времени экспоненциально падающего опорного напряжения и от величины емкости конденсатора интегратора.. Формула изобретения Способ измерения отношения двух напряжений, основанной на фиксации моментов равенства входных напряжений экспоненциально падающему с постоянной времени -jr опорному напряжению и выделении интервала времени 1 между моментами равенства, , отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно фиксируют моменты равенства двух постоянных опорных напряжений экспоненциально падающему опорному напряжению, (измеряют интервал времени между моментами фиксации, вычитают из него интервал времени Т , запоминают полученную разность времен, формируют второе экспоненциально падающее с постоянной времени т напряжение от опорного уровня с момента начала формирования второго экспоненциально падающего с постоянной -гг напряжения через время, равное запомненному, фиксируют значение отношения напряжений по значению второго экспоненциального напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № .702, кл. G 01 R 19/10, 25.12.72. 2.Авторское свидетельство СССР № 607157, кл. G 01 R 19/10, 09.06.76