Цифровой вольтметр

(57) Изобретение относится к измерительнойтехнике и может быть использовано при измерении напряжений постоянного тока высо.1 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 21) 413756/24 (22) 21,10.86 (46) 30.05.89. Б (72) Б. П. Горд В. Н. Лаврив, И В. М. Макух, С, и С, А. Савенко (53) 621.317.725 (56) Авторское1046925, кл.Патент Япон кл. 6 01 К 19/2,80148338 коомных источников в условиях воздействия помех. Целью изобретения является повышение точности измерения. Цифровой вольтметр содержит блок 1 переключателей, Х переключателей 2.1.2.Х полярности опорных напряжений, масштабный преобразователь 3, дифференциальный усилитель 4, аналоговый преобразователь 5, источник 6 измеряемого напряжения, масштабные преобразователи 7.17,М образцовых напряжений, источники 8.1.8.М образцовых напряжений, блок 9 обработки и управления, блок 1 О индикации, зажимы 11 и 12 для подключения источника измеряемого напряжения. Вариант схемного выполнения блока 9 обработки и управления приводится в описании изобретения. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряжений постоянного тока высокоомных источников в условиях воздействия помех.Целью изобретения является повышение точности измерения.На фиг. 1 представлена функциональная схема цифрового вольтметра; на фиг. 2 - вариант выполнения блока обработки и управления.Цифровой вольтметр (фиг, 1) содержит блок переключателей, переключатель полярности измеряемого напряжения 1, Х переключателей 2.12.Х полярности опорных напряжений, масштабных преобразователь 3, дифференциальный усилитель 4, аналогоцифровой преобразователь 5, источник 6 измеряемого напряжения, М масштабных преобразователей 7.17.М образцовых напряжений, Х источников 8.18.М (Е 1 Ен) образцовых напряжений, блок 9 обработки и управления, блок индикации 10, зажимы 1 и 12 для подключения источника 6 измеряемого напряжения. Блок обработки и управления 9 (фиг. 2) содержит регистр данных 13, регистр команд 14, микроЭВМ 15, содержащую микропроцессор 16, постоянное запоминающее устройство7, оперативное запоминающее устройство 18.Выходы источника 6 измеряемого напряжения подключены к неподвижным контактам переключателя полярности измеряемого напряжения, первый подвижный контакт которого соединен с первым входом масштабного преобразователя 3, а второй подвижный контакт переключателя 1 соединен с первым подвижным контактом последовательно соединенных М переключателей 2.12. М (5%Т 1%Тн) полярности опорных напряжений, причем второй подвижный контакт 1 - 20 переключателя 2.1 полярности опорных напряжений подключен к первому подвижному контакту (1+1) переключателя 2,1+1 полярности опорных напряжений.Второй подвижный контакт М-го переключателя 2,М полярности опорных напряжений соединен со вторым входом масштабного преобразователя 3, выходы которого подключены ко входам дифференциального усилителя 4, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 5, выходы которого подключены к информационным входам блока 9 обработки и управления, информационные выходы которого соединены с входами блока 10 информации. Вход управления запуском аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с первым выходом блока 9 обработки и управления, второй вход которого подключен к управляющему входу преобразователя 3, Выводы источников 8.18.М образцовых,напряжений подключены к входам соответствующих согласно индексам масштабных преобразователей 7.17. М ( М 1 Мн), выходные клеммы которых соединены с неподвижными контактами соответствующих переключателей 2.12 Л (5%Т.5%Тн) полярности опорных напряжений.Управляющие входы переключателяполярности измеряемого напряжения и переключателей полярности опорных напряжений 2.12.М соединены с соответствующимиуправляющими выходами блока 9 обработкии управления.10 Цифровой вольтметр работает следующим образом,По сигналу блока 9 обработки и управления в первом цикле коэффициентыпреобразования М 1% масштабных преоб 1 э разователей 7.17.М устанавливаются минимальными. Образцовые напряжения на выходе масштабных преобразователей равны101=К 1 Р 1, (1 ог=Кг Ег, (1 он=КнЕа, (1)где К 1" Кн - коэффициенты передачи масштабных преобразователей20 7 - 17, 1 Ч;Е 1 Ен - величины опорных напряженийисточников 8.1 - 8.М;1 101".1 Он - величины напряжений с выходов К преобразователей7,1 - 7. М,Коэффициент Ко передачи масштабногопреобразователя 3 устанавливается в положение, при котором отсчет на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 Я 1 будетлежать в пределах0,9 Мо( 111( Мо, (2)где ХО - максимально возможный отсчет навыходе аналого-цифрового преобразователя 5.Так как в исходном состоянии в первом цикле измерения переключатели полярности блока переключателей установлены вположение, при котором измеряемое напряжение Еи опорные напряжения101110 нна выходе масштабных преобразователей7.1 - 7. Х включены согласно, то на входдифференциального усилителя 4 поступает40 напряжение(е+К 1 е 1+ Кгег+ + КЕн), ЙКО45Йх+Й 01+Йог+ +ЙОД +Йи)а(Е, + Х КЕ 1) Ко,где Й - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения;где Й - внутреннее сопротивление источника 6 измеряемого напряжения;Й 01".Йон - внутреннее сопротивление масштабных преобразователей 7.1 - у 7.8 по отношению к неподвижным контактам переключателей 2,1 - 2, Х полярности 5%Т 18%Тк соответственно;0,9 Мо(Ы 1 (Хо, (6) где Мо - максимально возможное число навыходе аналого-цифрового преобразователя 5 в первом цикле измерения.После этого изменением значения коэффициента К масштабного преобразователя 7.1 осуществляется увеличение опорного напряжения 11 о 1 до значения 1)ои, приводящего к увеличению кода числа Х на величину М . При этом формируется код числа ЛХ= М + М ь а напряжение 11 ои= =Ки Е. Далее происходит процесс увеличения коэффициента Кг для получения приращения кода числа ЛЧ на величину Х 1 г=ЛМ+Х 1 г. Аналогично в дальнейшем значения коэффициентов КзК, для получения приращения Хз, "., Чи. После установления к-й образцовой меры Би=Кю, Ки все опорные напряжения Цр;=Ко;Ев соизмеримы с измеряемой величиной Е, независимо от значения аь так как вклад нелинейной составляющей агИ+аз 31+а 4111аЦ" (7)При выбранных значениях Бои, ", 1-1 оначинается процесс измерения. Последовательно во времени в зависимости от положения переключателей 1 и 2. - 2.М полярности ко входу дифференциального усилителя 4 подаются входные информативныевоздействия А(ЕСо)1.1=а. КоА 1(ЕнК,1.1 г=а КоАг(Еи, По), (8)Ц,+г=а КоА+г(Ен, 0 ю),приводящие к получению системы уравнений и к определению в блоке 9 обработкии управления измеряемой величины исходя из уравнения М;Х -=0П (и, - 11,)1 о1 Ф(9) 5К, - входное сопротивление масштабного преобразователя 3.а -Йи(4)Кх+ Ка+ Ког+ "+ Кои+ К.На выходе аналого-цифрового преобразователя 5 формируется код числа11=ао+а 11 1 1 +дгЦ + + аЛ,где ао,а, - коэффициенты, учитывающие параметры преобразователя 5.При соответствующем выборе коэффициентов передачи К Кю масштабных преобразователей 7,1 - 7.М опорные напряжения11 в."Зов соизмеримы.Выбор коэффициентов КК осуществляется следующим образом,Коэффициенты К 1 Кн в первом цикле устанавливаются блоком 9 обработки и управления минимальными. Установкой значениякоэффициента Ко масштабного преобразователя 3 обеспечивается нахождение Й 1 вобласти При этом результат измерения не зависит от значений йх Ко 1, "., Кон, К.;Ко, ао, аь агапараметров цепи аналого-цифрового преобразователя 11. Стабильность требуется обеспечить лишь на время измерения.В цифровом вольтметре результат измерения не зависит от значения внутренних сопротивлений К Кои " Ком измеряемого Е и опорных 1)ои, , 1)ом; источников напряжений 8.1 - 8 Л. Поэтому наряду с устране нием влияния параметров ао, а 1, , а, аналого-цифрового преобразователя 5 на результат измерения, может быть значительно уменьшена погрешность измерения из-за влияния Кх Йо " Ко 415Формула изобретенияЦифровой вольтметр, содержащий Х источников образцовых напряжений, дифферен циальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок переключателей, блок обработки и управления, блок индикации, масштабный преобразователь, два выхода которого подключены соответственно к входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к информационным входам блока обработки и управления, информационные выходы кото рого соединены с входами блока индикации, первый и второй управляющие выходы блока обработки и управления соединены соответственно с управляющими входами масштабного преобразователя и аналогоцифрового преоборазователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены Х масштабных преобразователей образцовых напряжений, а блок переключателей содержит переключатель полярности измеряемого напряжения, Х переключателей полярности опорного на пряжения, при этом выходы Ч источниковобразцовых напряжений соединены с входами соответствующих М масштабных преобразователей образцовых напряжений, выходы которых соединены с неподвижными контактами соответствующих .Ч переключа телей полярности опорных напряжений,входные клеммы устройства подключены соответственно к неподвижным контактам переключателя полярности измеряемого напряжения, первый подвижный контакт которого соединен с первым входом масштабного 50 преобразователя, а второй подвижный контакт соединен с первым подвижным контактом первого из М последовательно включенных переключателей полярности опорных напряжений, у которых второй подвижный 55 контакт предыдущего переключателя полярности опорных напряжений соединен с первым подвижным контактом последующего переключателя полярности опорных напряжений, а второй подвижный контакт -го