Цифровой экстремальный мост переменного тока

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВНБлиг.ГОсудАРстВенный кОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Мост переменного тока Р 5079.Техническое описание и инструкцияпо эксплуатации, 1980,Авторское свидетельство СССРЯф 1129532, кл. С 01 К 17/10, 1983.(54) ЦИФРОВОЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЬЙ МОСТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электрическим измерениям. Цель изобретения повышение быстродействия устройства.Цифровой экстремальный мост содержитгенератор 1, делители 2 и 5 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4,избирательный усилитель 7, детектор8 равновесия, счетчики 9 и 11, элемент ИЛИ 10, триггер 12, блок 13 запуска, пороговый элемент 14, элементИ 15 и генератор 16 тактовых )(мпульсов, Введение инвертора 17, элементаИЛИ-НЕ 18 и образование новых функциональных связей уменьшают количество рабочих тактов, необходимых длявыбора поддиапазона измерений, чтоповышает быстродействие устройства на502. 1 ил.5 10 1," 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано при построении цифровых мостов переменного тока, предназначенных для измерения параметров комплексных сопротивленийЦель изобретения - повышение быстродействия цифрового экстремального моста переменного тока за счет уменьшения количества рабочих тактов, необходимых для выбора поддиапазона измерений.На чертеже представлена структурная схема цифрового экстремального моста переменного тока, содержащего генератор 1, делитель 2 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4, делитель 5 напряжения, объект 6 измерения, избирательный усилитель 7, детектор 8 равновесия, первый счетчик 9, элемент ИЛИ 10, второй счетчик 11, триггер 12, блок 13 запуска, пороговый элемент 14, элемент И 15, генератор 16 тактовых импульсов, инвертор 17, элемент ИЛИ-НЕ 18, Выход генератора 1 через делители 2 и 5 напряжения, образцовую меру 3, ключ 4 и объект измерения подключен к избирательному усилителю 7, а выход усилителя 7 - к входу детектора 8 равновесия и входу порогового элемента 14, выход детектора 8 равновесия подключен к входу первого счетчика 9, а также к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 18 и к первому входу элемента И 15, потенциальные выходы счетчика 9 подключены к входам управления первого делителя 2 напряжения, импульсный выход счетчика 9 через элемент ИЛИ 10 подключен к первому входу счетчика 11, потенциальные выходы которого подключены к входам управления делителя 5 напряжения, первый (Б) вход триггера 12 подключен одновременно к выходу блока 13 запуска и второму входу счетчика 11, второй (К) вход триггера 12 подключен к выходу порогового элемента 14, второму входу элемента И 15 и входу инвертора 17, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ 18, прямой выход триггера 12 подключен к входу управления ключа 4, а инверсный выход - к четвертому входу элемента ИЛИ-НЕ 18, пятьп вход последнего - к выходу элемента И 15 и второму входу элемента ИЛИ 10, выход генератора 16 тактовых импульсов подключен к тактирующему входу детектора 8 равновесия и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 18, выход которого подключен, к третьему входу второго счетчика 11.Мост работает следующим образом.При включении генератора 1 на выходе делителей 2 и 5 напряжения возникает измерительное напряжение, которое, воздействуя на образцовую камеру 3 и объект 6 измерения, создает в цепи каждого иэ этих элементов токи, которые взаимно вычитаются во входной цепи избирательного усилителя 7, усиливаются им и поступают на вход детектора 8 равновесия. Последний вырабатывает управляющие воздействия для счетчиков 9 и 11, которые связаны с делителями 2 и 5 напряжения При помощи делителя 5 напряжения осуществляется выбор необходимого поддиапазона измерений, а при помощи делителя 2 - уравновешивание измерительной цепи внутри выбранного поддйапазона.В начале измерения, т.е. в начале выбора поддиапаэона измерений импчльс запчска. создаваемый при помощи блока 13 запуска (при нажатии кнопки "Пуск"моста),переводит счетчик 11 в исходное состояние, при котором в мосте устанавливается поддиапазон измерения, соответствующий максимальному значению измеряемой проводимости и минимальному значению напряжения на объекте 6 измерения. Этот же импульс устанавливает триггер 12 в состояние "1". При этом ключ 4 размыкается и отключает образцовую меру 3 от входа избирательного усилителя 7 выходное напряжение которого в этом случае определяется значением проводимости объекта 6 измерения и состоянием делителя 5 напряжения, При этом возможны две измерительные ситуации.При первой ситуации значение проводимости объекта 6 измерения таково, что выходное напряжение избирательного усилителя 7 не превьппает порог чувствительности детектора 8 равновесия и уровень срабатывания порогового элемента 14. Эта ситуация является условием, при котором на выходе порогового элемента 14 устанавливается потенциал "1", а на выходе детектора 8 равновесия - потенциал "0". В этом случае тактовые импульсы, создаваемые генератором 16, через элементИЛИ-НЕ 18 проходят на третий вход счетчика 11 и изменяют его состояние на две единицы (это реализуется путем подачи импульса на счетный вход второго разряда счетчика 11), Такое 5 управление счетчиком 11 приводит к изменению состояния делителя 5 напряжения и установлению поддиапазона измерений с номером М = д + 2, гденомер ранее включенного поддиапазона измерений, т.е. выбор поддиапазона измерений осуществляется шагом, пропорциональным двум поддиапазонам измерений. Далее изменение состояния счетчика 11, делителя 5 напряжения происходит до тех пор, пока выходное напряжение избирательного усилителя 7 не превысит порог чувствительности детектора 8 равновесия и далее - уровень срабатывания поро гового элемента 14, что соответствует выбору необходимого (рабочего) поддиапазона измерений,Вторая ситуация соответствует такому состоянию выбора поддиапазона измерений, при котором выходное напряжение избирательного усилителя превышает порог чувствительности детектора 8 равновесия, но ниже уровня срабатывания порогового элемента 14. В этом случае сформированный на выходе детектора 8 равновесия положительный импульс, проходит через открытый элемент И 15 на пятый вход элемента ИЛИ-НЕ 18, закрывает этот 35 элемент для прохождения тактовых импульсов генератора 16 и далее поступает на первый вход счетчика 11, изменяя тем самым состояние счетчика 11 на единицу, что влечет за собой включение последующих поддиапазонов измерений и продолжается до тех пор, пока выходное напряжение избиратель- НОГО усилителя 7 не превысит уровень 45 срабатывания порогового элемента 14.При срабатывании порогового элемента 14 на его выходе устанавливается потенциал "0", что приводит к опрокидыванию триггера 12, в результате чего элементы И 15 и ИЛИ-НЕ 18 закрываются и выбор поддиапазонов измерений приостанавливается, ключ 4 переходит в состояние "Открыто" и мост переходит на уравновешивание внутри выбранного рабочего поддиапазона измерений. Аналитически условие выбора М-го поддиапазона в цифровом мосте можно представить следующим образом:(2) Иэ анализа выражения (2) следует, что при установке порога чувствительности Р детектора 8 равновесия моста, равного значению НахР с 0,0520 приращение выходного напряжения избирательного усилителя 7 в процессевыбора рабочего поддиапазона, т.е,при переходе от поддиапазона с номером- 1 к д-му поддиапазону при11-2, меньше порога чувствительности детектора 8 равновесия, а последующее включение поддиапазона с номером д+2 не приводит к превышениюдинамического диапазона избирательного усилителя. Отсюда следует, чтовыбор поддиапазона измерений можетосуществляться шагами, пропорциональными двум поддиапазонам измерений,Таким образом, благодаря введениюо в структуру цифрового моста логического инвертора и элемента ИЛИ-НЕ его быстродействие увеличивается. Если для выбора поддиапазона измерений в известных мостах требуется 11 рабочих тактов, то в данном цифровом мосте необходимо затратить М/2+1 рабочих тактов, что в общем случае повышает быстродействие на 15-207. где У - выходное напряжение иэбирательного усилителя 7, соответствующее рабочему поддиапазону,Б - выходное напряжение избирательного усилителя 7, соответствующее верхней границе его динамического диапазона;М - число, характеризующее динамический диапазон избирательного усилителя (дляцифровых экстремальнык мостов это число, как правило,выбирается равным 20),С учетом того, что в процессе выбора поддиапазона измерения происходит изменение коэффициента делителя5 в К раз, выражение (1) примет вид1370578 Составитель В. СеменчукТехред А.Кравчук Редактор И. Рыбченко Корректор О, Кравцова Заказ 415/45 Тираж 772ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 формула изобретения Цифровой экстремальный мост переменного тока, содержащий генератор, выход которого .через последовательно соединенные первый делитель напряжения, образцовую меру и ключ подключен к первой клемме для подключения объекта измерения и к входу избирательного усилителя, выход которого подключен к входу детектора равновесия и через пороговый элемент - к К-входу триггера, первый и второй счетчики, выход первого счетчика че" реэ элемент ИЛИ подключен к первому входу второго счетчика, потенциальные выходы первого и второго счетчиков соединены с входами управления первого и второго делителей напряжения соответственно, выход второго делителя напряжения соединен с второй клеммой для подключения объекта измерения, а его вход - с выходом генератора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющим входом детектора равновесия, выход которого подключен к входу первого счетчика, прямой выходтриггера соединен с входом управления ключа и первым входом элементаИ, блок запуска, выход которого соединен с Б-входом триггера и вторымвходом второго счетчика, выход элемента И соединен с вторым входом элр мента ИЛИ, отличающийсятем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены инвертор и элемент ИЛИ-НЕ, первый вход которогосоединен с выходом генератора такто вых импульсов, выход порогового элемента через инвертор подключен к второму входу элемента ИПИ-НЕ и непосредственно к второму входу элемента И,третий вход которого соединен с вы ходом детектора равновесия и с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ, четвертый вход элемента ИЛИ-НЕ соединен синверсным выходом триггера, пятьй -с выходом элемента И, а выход - с 25 третьим входом второго счетчика.1