Цифровой измеритель отношения двух напряжений Советский патент 1983 года по МПК G01R19/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для цифрового, измерения отношения напряжений в логарифмических единицах (например, при снятии амплитудно-ч.астотных характеристик каналов связи и др.).

Известно устройство дл измерения отношения амплитуд для переменных напряжений, содержащее .последовательно соединенные коммутатор,усилит ель, -амплитудный, детектор и логарифмический преобразователь, к выходу которого параллельно подключены два канала из последовательно соединенных элемента И и детектора выходы обоих детекторов подключены к измерительному прибору, а также блок управления, соответствующие ВЫХОДЫ которого подключены к коммутат9РУ логарифмическому преобразователю и другим входам элемента И 13Недостатком устройства является низкая точность, обусловленная нестабильностью КС-цепи, а также нелкнейнос гью вольтамперной характеристики детекторов,

Наиболее близким по технической сущности является цифровой измеритель отношений величины в децибелах,

содержащий последовательно соединенные усилитель, пороговый элемент, формирователь запускающих импульсов, первый, триггер, выход которого подключен к управляющему входу интегратора, состоящего из RC-цепи, вход которого соединен с входной шиной, выход соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход котоtoрого подключен к выходу усилителя, выход соединен с другим входе первого триггера и с первым входом йторого триггера, второй вход ftoxoporo соединен через формирователь запус15кающих импульсов с выход 1 генератора и с входом ключа, выход которого соединен со счетчиком, управляющий вход ключа соединен с выходом второго триггера 2.

20

Недостатком устройства йвляется низкая точность измерения отнсяаения, обусловленная нестабильностью RC-цепи.

Цель изобретения - (повышение точ25ности измерения и расширение фун1 циональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель отношения двух напряжений, содержащий

30 цве входные шины, интегратор, выход

которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, первый счетчик, источник опорных напряжений и два переключателя,введены преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, два переключателя (Три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ .последовательно соединенные элемент перезаписи, регистр и блок совпадения кодов, а также второй счетчик, причем первая входная шина через последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь переменного напря5кения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, второй переключатель подключен к входу интегратора, параллельно-которому подключен второй ключ, вторая входная шина через третий переключатель подключена к первому переключателю и к выходу источника опорных напряжений, другиевыходы которого подключены -к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, два других входа которых подключены к общей шине, один из входов четвертого переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход его-с вторым входом элемента сравнения, при этом выход первого ключа соединен через элемент ИЛИ с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединены с входами блока анализа, другой вход элемента ИЛИ через третий ключ соединен с выходом блока совпадения кодов, вторым входом блока управления и первым входом второго счетчика, второй вход которого через ч-етвертый ключ подключен к выходу генератора опорной частоты, управляющие входы ключей и переключателей подключены к соответствующим выходам блока управления третий вход которого соединен с выходом блока анализа.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого цифрового измерителя,

Цифровой измеритель отношения двух напряжений содержит блок 1 управления, первый переключатель 2, преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок 4, второй переключатель 5, интегратор 6, элемент 7 сравнения, второй ключ 8, третий переключатель 9, источник 10 опорных напряжений, четвертый переключатель 11, генератор 12 опорной частоты первый ключ 13, элемент ИЛИ 14, первый счетчик 15, блок 16 анализа, третий

ключ 17, элемент 18 перезаписи, регистр 19, блок 20 совпадения кодов, второй счетчик 21, четвертый ключ 22

Устройство работает следующим образом.

Начало первого такта определяется блоком 1. Переключатели 5 и 11 устанавливаются в положение 2, переключатель 2 - в положение 1 , переключатель 9 - в положение 2, ключи 8, 17 и 22 разомкнуты, ключ 13 замкнут. Измеряемое входное напряжение и5х,,подается на-преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное. Длительность первого такта задается блоком 1, счетчиком 15 и блоком 16 анализа и определяется временем, необходимым для окончания переходных процессов. Одновременно с.работой преобразователя 3 происходит измерения длительности такта Т на счетчике 15 частотой f от генератора 12 опорной частоты. Блок 16 анализа (в зависимости от числа, которое определяет длительность пер-вого такта), анализирует состояние счетчика и при появлении на счетчике этого числа выдает сигнал в блок 1, свидетельствз/ющий об окончании первого такта. По окончании первого такта сигналом с блока 1 напряжение

и

и k

ВХ

где k - коэффициент передач преобразователя, записывается в запоминающий блок 4, появляется импульс на выходе блока 1, ключ 13 закрывается На разрядах счетчика 15 накапливается число NI fjjT,

По окончании первого такта осуществляется перепись числа N-i в регистр 19 с помощью элемента 18 и сброс счетчика 15 по командам, поступающим соответственно с выходов блока 1 управления. В начале второго такта положение переключателей и ключей следующее: переключатели 5, 11 находятся в положении 3, переключатели 2 и 9 - в положении 2, ключи 8 и 17 разомкнуты, ключи 13 и 22„ открыты.

Длительность второго такта задается равной длительности первого .такта. Это обеспечивается следующим Счетчик 21 считает с частотой fg от генератора 12 длительность второго такта до тех пор, пока число, накопленное в счетчике 21, не будет равно числу N-,, записанному в регисре 19, В этот момент срабатывает блок 20 совпадения кодов, что и служит сигналом конца второго такта на блок 1, Этим сигналом производится сброс счетчика 21 в нулевое состояние. Во втором такте на выходе преобраэователя 3 поддерживается напряжение:

UB, ,

где Ugxj- напряжение на второй входной шине, подаваемое через переключатель 9, через второй контакт пе.реключателя 2 на вход преобразователя 3.

Кроме того, во втором такте через переключатель 5 на емкость интегратора 6 подается напряжение Upj с выхода источника 10, а через переключатель 11 напряжение VQ с выхода источника 10 - на один из входов элемента 7 сравнения. Момент равенства напряжения UQ и экспоненциально падающего напряжения на интеграторе б, подающихся на входы блока 7 сравнения, фиксируется на блоке 1 сигналом, поступающим с выхода элемента 7,

При этом справедливо равенство

Uo-1 V

- постоянная времени интегратора б;

время от начала второго такта до момента срабатывания элемента 7 сравнения, т.е.

Данное время t измеряется на счетчике 15 частотой f от генератора 12 в- том же втором такте.

Длительность такта выбирается заведомо большей времени tg . На разрядах счетчика 15 фиксируется число;

Ц

02

o-t toV/o o- U 0-1

Фиксация происходит следующим образом.

При срабатывании элемента 7с выхода блока 1 выдается управляющий сигнал, закрывающий ключ 13, и счетчик 15 останавливается. По окончании второго такта емкость интегратора 6 разряжается до нулевого напржения замыканием ключа 8, производится обнуление регистра 19 и перепись в него с помощью элемента 18 числа N(j , счетчик 15 сбрасывается по командам с соответствующих выходов блока 1 управления.

Положение переключателей и ключей в начале третьего такта следующее: переключатели 5 и 11 - в положении 1 , переключатель 2 и 9 в положении 2, ключи 17 и 22 открыты, ключи 8. и 13 разомкнуты. К емкости интегратора 6 и первому входу элемента 7 сравнения приложены соответственно напряжения и и Моменту совпадения напряжений по двум входам элемента 7 сравнения соответствует следующее время от .начала третьего такта:

и

и.

to2-tenT.--renvpL 2 втС2 Время to2 измеряется на счетчике 15 счетно-импульсным методом частохой fj-g , следующей с блока 20 совпадения кодов через ключ 17 и элемент ИЛИ 14. Импульсы частотой появляются на выходе блока 20 совпаения кодов каждый раз при совпадеНИИ числа N, записанного в разряах регистра 19 и числа на разрядах счетчика 21, непрерывно считывающего импульсы частоты f, поступающие на его счетный вход от генератора 12

через ключ 13.

Поэтому справедливо:

--No-i/fc

с.ек

и

ceK VTceK fo-,. Частота подается на счетчик 15 в течение времени toQ, в результате чего на нем зафиксируется число

Ц .

.

Uoi

1( En-j-- - .

6)12(1)

где к - коэффициент пропорциональности, величину которого можно задавать , выбирая различные соотношения По окончании третьего такта число Njjj записывается в регистр 19 и затем выводится на индикацию.

На этом цикл измерения заканчи5, вается. При необходимости измерения уровня напряжений на первой входной шине в .начале цикла переключатель 9

сигнапереводится в положение лом с выхода блока 1.

В этом случае к второму контакту переключателя 2 через выход переключателя 9 подключается опорное напряжение UQ с выхода источника 10, Измерение совершается аналогично описанному выше с той разницей, что во втором такте на выходе преобразователя 3 фиксируется напряжение

Uj k UoВремя tQ,j в третьем такте определяется из следующего соотношения

«„

(32

65

а число N

в этом случае равно

02

- К,РН . U)

При соответствующем выборе Ц и и на индикацию в этом случае выводится уровень напряжения на первой входной шине. ,

Как видно из выражения (2), коэффициент пропорциональности i( не зависит от постоянной времени RC-цепи и коэффициента передачи преобразователя переменного напряхсения в постоянное и является величиной, . зависящей лишь от соотношения Ug, и UQ г которое может быть задано простыми средствами с достаточно высокой степенью точности. Одновременно расширяются функциональные возможности цифрового измерителя, в котором наряду с измерением отношения двух постоянных напряжений возможно измерение отношения двух переменных напряжений, а также измерение уровней как постоянных, так и переменных напряжений.

Формула изобретения

Цифровой измеритель отношения, двух напряжений, содержащий две входные шины, интегратор, выход кототрого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления , первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, первый счетчик, источник опорных напряжений и два переключателя, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расши рения функциональных возможностей, введены преобразователь переменного напряжения в постоянное.

аналоговый запоминающий блок, два переключателя, три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ, последовательно . соединенные элемент перезаписи, рег.истр. и блок совпадения кодов, а также второй счетчик, причем первая входная шина через последовательно соединенные первый переключатель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоми0 нающий блок, второй переключатель подключен к входу интегратора, параллельно которому подключен второй ключ, вторая входная шина через третий переключатель подключена к

5 первому переключателю и к выходу источника опорных напряжений, другие выходы которого подключены к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, два других вхо0 да которыхподключены к общей шине, один из входов четвертого переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход его - с вторым входом

5 элемента сравнения, при этом выход первого ключа через элемент ИЛИ соединен с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединены с входами блока анализа, другой

0 ° элемента ИЛИ через третий ключ соединен с выходом блока совпадения кодов, вторым входом блока-управления и первым входом второго счетчика, второй вход которого через четвертый ключ соединен с выходом генератора опорной частоты, управляющие входы ключей и переключателей подключены к соответствующим выходам блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока анализа.

0 -

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 705356, кл. G 01 R 19/10,18.10.77.

2.Авторское свидетельство СССР 5 ft 488151, кл. G 01 R 19/10,02.01.74.