Цифровой вольтметр действующего значения периодического напряжения произвольной формы

367389 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикс прис инением заявк иоритетубликовано 23.1.1973, Б Комитет по деламобретений и открытий юллетень8 ания 29.111.197 ДК 621.317,725(088.8) ри Совете МинноСССР Дата бликования оп Авторызобретеия Э. К. Шахов, В ндин, С. М. Телегин и Г, П. Шлыков Заявитель Пензенский политехнический иистит ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМИзвестны цифровые вольтметры действующего значения периодического напряжения произвольной формы, содержащие селектор периода,преобразователь напряжения в частоту с квадратичной функцией .преобразования, счетчики, устройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управления.Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений.Это достигается тем, что вольтметр снабжен поразрядным формирователем компенсирующего напряжения и схемой совпадения кодов, входы которой соединены с кодовыми выходами счетчиков, а выход - с управляющим входом поразрядного формирователя. Тактирующий вход формирователя подключен к селектору нвриода и шине сброса одного из счетчиков, а выход - к входному переключателю.На фиг. 1 показана блок-схема предложенного вольтметра; на фиг. 2 - временная диаграмма работы преобразователя напряжения в частоту.Цифровой вольтметр содержит преобразователь 1 напряжения в частоту (ПНЧ) с квадратичной функцией преобразования, селектор 2 ,периода входного сигнала, блок 3 управления, входной переключатель 4, ключ 5, счетчиии б и 7, схему 8 совпадения кодов, поразрядный формирователь 9 ковопенсирующето напряжения,и блок 10 цифровой индикации. Преобразователь 1 напряжения в частотусостоит из дифференциального усилителя 11 постоянного тока (УПТ), блоков 12 и 18 сравнения, триггера 14, электронного переключате ля 15 и интетрирующей РС-цепи, включающейрезистор 1 б и емкость 17.Предположим, что в некоторый момент временсс 1 на вход преобразователя 1 подано напряжение е (1), На диаграмме фиг. 2 оно по казано как постоянное, поскольку выходнаячастота преобразователя на 2 - 3 порядка выше частоты входного сигнала, так что входное напряжение на протяжении нескольких периодов выходного сигнала преобразователя мож но считать практически постоянным. (Все следующие соотношения полностью справедливы и для случая изменяющегося входного напряжения произвольной формы.)Соответствующий сигнал на входе диффе ренциального усилителя 11 вызывает срабатывание блока 1 З сравнения, который через триггер 14 и переключатель 1 э стодключает на вход интегрирующей цепи положительное образцовое напряжение +Ус. Емкость 17 начи наст заряжаться и в некоторый момент времени напряжение на ней сравняется с входным папряжением е(1). Дифференциальный усилитель не чувствителен к синфазной составляющей напряжений на его входах, поэтому в этот 30 момент его выходное напряжение соответст5 10 55 60 вует нулевому сигналу па входе. При дальнейшем заряде емкости в момент времени выходной сигнал усилителя достигает величины Уоп, (на диаграмме фиг. 2 У оо, - это приведенная к входу усилителя величина (акоп, )В результате срабатывает блок 12 сравненияи на вход интегрирующей цепи подключается отрицательное образцовое напряжение - Уо. Емкость 17 начинает разряжаться, 1,ак только разность напряжения ка емкости и входного е (1) достигнет величины Поп вновь )происходит изменение знака образцового напряжения и т. д.Частоту тенерируемых таким образом колебаний можно найпи из следующих соотношений.В течение интервала Т 1 (см. фиг. 2) емкость разряжается током, имеющим величинуУо+ е(д)3Лдвгде Р 1 е - величина сопротивления 16.Скорость изменения напряжения на емкости равна С/о+ е (1)1ЙдеС 17где Ср - величина емкости 17.При этом пренебрегаем изменением напряжения на емкости, величина которогоУ, +У,У,.За время Т, напряжение на емкости изменяется на величинуУ;+У; = У,= где К - коэффициент усиления усилителя;-ф"ф, -- ) акоп,+1 оп,Следовательно,Уо+ е у оРдо С 17 КАналогичные рассуждения для интервала Т 2приводят к следующему выражению:У - еИ) т УВдо С 17 КИз этих соотношений получаем для величин Т 1 и Т 2у 1 оп 11 нС 17К Уо+ е (1)(1 оп 1 ддоС 17К Уо - е (1)Отсюда находим выражение для частотыгенерируемых таиим образом колебанийРР)= = хд + Тъ ЮРоЯдоС 17Х Ц, о - ео = ЯС 12 - еф(8),где 5 - постоянный коэффициент, определяемый параметрами:,преобразователя напряжения в частоту. 15 20 25 30 35 40 45 50 Устройство работает в два цикла. В первом цикле происходит выделение селектором 2 периода Т. ,измеряемого сигнала и подсчет счетчиком б выходных импульсов преобразователя в течение этого периода, С этой целью по команде с блока 3 управления при помощи селектора 2 открьгваегся ключ б на время Т. В результате на счетчик б с преобразователя 1 проходит число импульсов, равноет тГясН = ЫЗоТ - я еофсИ. (1) о оВо втором цикле по окончании селектированного периода входного сигнала по команде с блока 3 управления ,переключатель 4 подключает на вход преобразователя 1 компенсирующее напряжение с преобразователя код - напряжение (ПКН) формирователя 9, Одновременно происходит очищение счетчика 7 и начинается процесс поразрядного формирования компенсирующето напряжения,Процесс формирования, происходит следующим образом. Распределитель формирователя осуществляет последовательное включение ступени компенсирующего напряжения, начиная со старшего разряда. После каждого такого включения в течение времени счетчик 7, сбрасываемый на нуль в начале каждого интервала, подсчитывает выходную частоту преобразователя 1. При этом, если набранная кодовая комбинация соответствует (1 рЕД, то, очевидно, срабатывает схема 8 совпадения кодов до момента прихода очередного импульса с селектора 2. В подобном случае по приходу на распределитель формирователя очередного импульса с селектора последний из включенных разрядов отключается. Если же У 1(Е, импульс со схемы совпадения кодов не появляется и набранная кодовая комбинация остается, а с:приходом очередного тактирующего импульса с выхода селектора распределитель формирователя включает лишь следующий по весу разряд (11 о По окончаниии цикла уравновешивания числа в счетчиках б и 7 отличают не более, чем на относительную величину погрешности дискретности преобразователя код - напряжение, т, е. с точностью до этой погрешности можно записать У 7=Уе,ПричемУ 7 - В 30 Ух 1 к Ухе (2)Таким образом, приравнивая выраженияе ф(1) Й =Ед, ТхоСледовательно коод числа У полученного в блоке поразрядното формирования компенсирующего напряжения, пропорционален непо 367389средственно действующему значению измеряемого периодического напряжения.Время одного измерения равно периоду входного сигнала плюс время Л, затрачиваемое во,втором циклена,процесс поразрядного уравновешивания. Длительность, последнего зависит от требуемой погрешности дискрегности прибора, т. е. от количества разрядов в блоке формирования компенсирующего напряжения и периода Т в течение которого оценивается каждый разряд, начиная со старшего, т. е. М=пТ., где и - количество разрядов.Как следует из выражения (3), отсчет оказывается независимым от частоты измеряемого напряжения. На результат измерения не влияют изменения функции, преобразования преобразователя напряжения в частоту, благодаря чему аналоговую часть вольтметра, т. е. этот преобразователь, можно выполнить по простейшей схеме, Экспериментальные данные полностью подтвердили возможность создания такого вольтметра действующсго значения.Предмет изобретения5 Цифровой вольтметр действующего значения периодического напряжения произвольнойформы, содержащий селектор периода, д 1 реобразователь напряжения в частоту ." квадратичной функцией преобразования, счетчики, уст 10 ройство индикации, входной переключатель,ключ и блок управления, отличающийся тем,что, с целью новышения точности и надежности измерений, он снабжен поразрядным формирователем компенсирующего напряжения15 и схемой совпадения кодов, входы которойподключены к кодовым выходам счетчиков, авыход, соединен с управляющим входом поразрядного формирователя, тактирующийвход которого подключен к селектору периода20 и шине сброса одного из счетчиков, а выход -к входному переключателю,Редактор И. Грузова Типография, пр, Сапунова Заказ 546/9 Изд.1167 Тираж 755 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5