Цифровое измерительное устройство

(11)618687 ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву 2) Заявлено 07,07.76 (21) присоединением заявки М 51) М. К 9699/186-01 Я 17/О 6- 06 Р 3/00 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий(5 72) Автор изобретен епьман 1) Заявите ТЕЛЬНО 4) ЦИФРОВОЕ ИЗМЕЦИУ с расширен ой величины яв Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и устройствах для измерений сигналов в широком диапазоне уровней.Известно цифровое измерительное устройство (ЦИУ), работающее на принципе поразрядного уравновешивания и содержащее схему квантования, нуль-орган, переключатель пределов измерения и регистры 1,В устройстве осуществляется вероятностная оценка диапазона квантования по уров- о ню, а переключение пределов измерений (преобразования) выполняют в соответствии с допустимым числом отклонений измеряемой величины (переполнения выходного регистра ЦИУ) за границы выбранного предела измерения.Недостатками такогоным диапазоном измеряемляютсяпониженное быстродействие из-за увеличения времени уравновешивания входной величины изменяющимся образцовым сигналом либо в связи с необходимостью предварительного анализа уровня входной величины и конечного времени переключения (выбора) предела измерений;2 2потери измерительной информации и возрастание динамической погрешности измерений;относительная сложность технической реализации, обусловленная коммутацией входного делителя измеряемой величины.Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство 2, содержащее делитель измеряемой величины, вход которого подключен ко входу устройства, блок управления, формирователь образцового сигнала уравновешивания, первый выход которого подключен к первому входу регистра результатов измерений, а управляющий вход к первому выходу блока управления, и в измерительном канале - блок сравнения.В устройстве использованы несколько анализаторов, формирующих предварительно (до начала измерения) сигналы в соответствии со значением измеряемой величины. Этими сигналами переключаются ступени делителя измеряемой величины.Для устройства характерен дрейф порога срабатывания анализаторов, что влияет на устойчивость границ пределов измерений. Кроме того, требуется дополнительное время на выбор предела.Целью изобретения является повышение быстродействия при изменениях в широком диапазоне уровня измеряемой величины.Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство введены регистр признака предела, выход которого подсоединен ко второму входу регистра результатов измерений, элементы задержки и связи, триггер блокировки сравнения, триггер переключения формирования, формирователь образ О цового постоянного сигнала, два коммутатора и дополнительные каналы измерения, включающие триггеры разблокировки, блоки сравнения, элементы И - НЕ, кроме канала измерения с младшим пределом, триггеры блокировки, кроме канала измерения со старшим пределом, элементы ИЛИ, кроме каналов измерения с младшим и старшим пределами, и ключи. Выход элемента ИЛИ подключен к первому входу ключа соответствуюшего канала измерения, а входы - к 20 выходу триггера блокировки и выходу элемента И - НЕ. Первый вход каждого блока сравнения соединен с соответствующим выходом делителя измеряемой величины, вторые входы объединены и через первый коммутатор подключены ко второму выходу формирователя образцового сигнала уравновешивания, а через второй коммутатор к выходу формирователя образцового постоянного сигнала. Управляющие входы коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера переключения формирователей, первый вход которого сое 30 динен с первым выходом блока управления а второй вход через элемент задержки - со вторым выходом блока управления, подключенным к управляющим входам упомянутых з 5 триггеров каналов измерения и к управляющим входам регистра признака предела и триггера блокировки сравнения. Входы регистра признака предела и элемента связи подключены соответственно к выходам ключей. Выход элемента связи подключен ко вхоо ду блока управления, первый выход которого соединен со входом триггера блокировки сравнения, выход которого подключен к первым входам элементов И - НЕ, вторые входы которых подключены к выходам триггеров разблокировки соответствующих каналов измерения, а вход каждого триггера разблокировки соединен с выходом ключа соответствующего канала измерения и входом триггера блокировки предыдущего канала измерения с младшим пределом. Выход триггера блокировки канала измерения с младшим пределом подключен к первому входу ключа. Выход элемента И - НЕ канала измерения со старшим пределом соединен с первым входом ключа, а второй вход каждого ключа - с выходом соответствующего блока сравнения.Это позволяет повысить скорость измерений в широком диапазоне изменения измеряемой величины н автоматически выбрать предел измерения; исключить погери 60 измерительной информации, обусловленные временем переключения предела, так как выбор предела измерений в данном случае совмещен во времени с циклом самого измерения.Функциональная схема устройства приведена на чертеже, где обозначены вход 1 измеряемой величины, делитель 2 измеряемой величины, блоки 3 - 5 сравнения первого (младшего), второгопоследнего (старшего) пределов измерения, формирователь 6 образцового сигнала уравновешивания, регистр 7 результатов измерений, ключи 8, триггер 9 блокировки, элемент ИЛИ О, триггер 11 разблокировки; элемент и- нЕ 12, формирователь 13 образцового постоянного сигнала, коммутаторы 14, 15, триггер 16 переключения формирователей, блок 7 управления с выходом 18 тактовых сигналов и выходом 19 сигналов сброса, регистр 20 признака предела, триггер 21 блокировки сравнения, элемент 22 связи и элемент 23 задержки.Устройство работает следующим образом Измеряемая величина, поступающая на вход 1 через ступени делителя 2, передается одновременно на все блоки сравнения 3 - 5. Число ступеней делителя выбрано, исходя из требуемого количества пределов измерения, а величина ступени делителя - в соответствии с максимальным значением уравновешивающего сигнала, равного верхней границе младшего предела. Таким образом, измеряемый сигнал распределяется по блокам сравнения в соответствии со ступенями делителя, уменьшаясь в направлении блока сравнения наибольшего предела. По сигналу сброса блока 17 управления триггеры 9, 11 и 21 принимают исходное состояние, обеспечивающее открытое положение ключей 8 в выходных цепях всех блоков сравнения. Одновременно сбрасываются в нуль ячейки регистра 20. Затем с задержкой в элементе 23, достаточной для переключения указанных триггеров, сигнал сброса переводит триггер 16 в положение, при котором открывается коммутатор 14 и на входы всех блоков сравнения подается образцовый постоянный сигнал формирователя 13, равный по величине определенной ступени уравновешивающего сигнала, При этом на выходе каждого блока сравнения группы в случае, если измеряемый сигнал лежит в границах р-го предела и превышает по величине на входе блока сравнения р-го канала и-ю ступень уравновешиваюШего сигнала появляются единичные сигналы (сигналы больше) сравнения. С одной стороны сигнал больше переключает триггер 1 в цепи блока сравнения данного качала, а с другой стороны этот сигнал переключает триггер 9 в цепи блока сравнения предыдущего канала. При этом выходы блоков сравнения этих каналов блокируются сигналами триггеров 9 и 11 через элементы 12, 10 и 8. С появлением первого тактового сигналаблока управления 17 на входы блоков сравнения всех каналов вместо формирователя 13 триггер 16 подключает формирователь 6. Одновременно переключается триггер 21, вын5 ходнои сигнал которого через элементы 12 поступает на ключи 8 всех каналов и закрывает ключи в каналах с (р + 1) -го по к-й. Ключ 8 р-го канала при этом открывается, т. е. выбирается канал, соответствующий пределу входной измеряемой величины. 10Если измеряемая величина лежит в границах младшего предела измерений и меньше по величине, чем и-я ступень уравниваю- щего сигнала, то описанным выше образом блокируются выходы блоков сравнения всех каналов сравнения за исключением канала младшего (первого) предела.Если ступени делителя 2 обеспечивают деление входной величины в соотношении 1:1 О к:10 (где к - число, равное номеру старшего предела измерения), то сигналы на входах соседних блоков сравнения различаются между собой на порядок. Ступени уравновешивающего сигнала при поразрядном уравновешивании различаются между собой меньше, чем на порядок. Так, при использовании двоичного кода соотно шение значений соседних ступеней уравновешивающего сигнала равно 2, поэтому на входе блока сравнения, соответствующего пределу измеряемой величины (кроме первого, младшего) измеряемая величина не может оказаться меньше значения уравновешивающего сигнала. В противном случае выбирается (автоматически) блок сравнения предыдущего предела (канала). При другом соотношении ступеней уравновешиВающего сигнала входная величина не мо жет оказаться меньше величины некоторой определенной ступени (начиная со старшей). С этой целью в устройстве использован формирователь образцового постоянного сигнала, равного по уровню и-й ступени уравновешивающего сигнала, который подключает 40 ся ко всем блокам сравнения в такте установки ЦИУ в исходное состояние, что позволяет выбрать блок сравнения нужного предела описанным выше образом.По сигналу сброса и первому тактовому 45 сигналу выбирается блок сравнения, соответствующий пределу измеряемой величины. При этом для выбора предела измерений не требуется дополнительного времени. Выбор происходит одновременно с процессом измерения, Сигналы больше, появившиеся на выходе группы блоков сравнения при выборе предела измерения, записываются (например, в виде единичных сигналов) в соответствующие не связанные между собой ячейки регистра 20 и совокупность этих сигналов представляет собой код признака выбранного предела, который передается в регистр 7 результатов.Если измеряемая величина находится в границах младшего предела, то первый сигнал больше на выходе блока сравнения 60 первого канала может появиться в любом из тактов уравновешивания, но при этом он все равно записывается в соответствующую ячейку регистра 20.С появлением первого тактового сигнала начинается процесс уравновешивания (измерения) входного сигнала в выбранном канале. Уравновешивание выполняется известным образом. Выходные сигналы выбранного блока сравнения в соответствии с тактовыми сигналами передаются в блок 17 управления через элемент 22. После завершения цикла уравновешивания с выхода 19 блока 17 управления поступает сигнал сброса, и цикл измерения повторяется.В устройстве обеспечивается надежное блокирование выходных цепей всех блоков сравнения за исключением блока выбранного предела, что устраняет появление паразитных сигналов этих каналов на входе блока 17 управления.Устройство позволяет строить оптимальные по быстродействию, динамическому диапазону и точности измерений ЦИУ, исходя из возможно достижимых точностных параметров образцового источника сигнала поразрядного уравновешивания.Формула изобретенияЦифровое измерительное устройство, содержащее делитель измеряемой величины, вход которого подключен ко входу устройства, блок управления, формирователь образцового сигнала уравновешивания, первый выход которого подключен к первому входу регистра результатов измерений, и управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, и в измерительном канале - блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при изменениях в широком диапазоне уровня измеряемой величины, в него введены регистр признака предела, выход которого подсоединен ко второму входу регистра результатов измерений, элементы задержки и связи, триггер блокировки сравнения, триггер переключения формирователей, формирователь образцового постоянного сигнала, два коммутатора и дополнительные каналы измерения, включающие триггеры разблокиров ки, блоки сравнения, элементы И - НЕ, кроме канала измерения с младшим пределом, триггеры блокировки, кроме канала измерения со старшим пределом, элементы ИЛИ, кроме каналов измерения с младшим и старшим пределами, и ключи, причем выход элемента ИЛИ подключен к первому входу ключа соответствующего канала измерения, а входы - к выходу триггера блокировки и выходу элемента И - НЕ; первый вход каждого блока сравнения соединен с соответствующим выходом делителя измеряемой величины, вторые входы объединены и через коммутатор подключены ко второму выходу фор618687 го Соста хред раж Редактор Л. УтехинаЗаказ 4253/38ЦНИИПИ Госудпо113035,Филиал ПП рственного комитделам изобретеМосква, Ж, РП Патент, г. У мирователя образцового сигнала уравновешивания, а через второй коммутатор - к выходу формирователя образцового постоянного сигнала;управляющие входы коммутаторов соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера переключения формирователей, первый вход которого соединен с первым выходом блока управления, а второй вход через элемент задержки - со вторым выходом блока управления, подключенным к управляющим входам упомянутых триггеров каналов измерения и к управляющим входам регистра признака предела и триггера блокировки сравнения; входы регистра признака предела и элемента связи подключены соответственно к выходам ключей; выход элемента связи подключен ко входу блока управления, первый выход которого соединен со входом триггера блокировки сравнения, выход которого подключен к первым входам элементов И - НЕ, вторые входы которых подключены к выходам триггеров разблокировки соответствующих каналов измерения, а вход каждого триггера разблокировки соединен с выходом ключа соответствующего канала измерения и входом триггера блокировки предыдущего канала измерения с младшим пределом; выход триггера блокировки канала измерения с младшим пределом подключен к первому входу ключа; выход элемента И - НЕ канала измерения со старшим пределом соединен с первым входом ключа; второй вход каждого ключа соединен с выходом соответствующего блока сравнения. Источники информации, принятые во вни.15 мание при экспертизе:1, Галушкин А. И. и др. Оперативнаяобработка экспериментальной информации.М Энергия, 1972, с. 47 - .48.2. Хлистуков В. Н. Основы цифровойэлектроизмерительной техники. М Энергия, 1966, с. 303 - 304. итель А. ЖереновО. Луговая Корректор Е. Па112 Подписноеета Совета Министров СССРий и открытийаушская наб., д. 4/5жгород, ул. Проектная, 4