Цифровой интегрирующий вольтметр

Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень16 (45) Дата опубликования описания 30.04.79 о делам изобретений и открытий. Шахо Пензенский политехнический инсти 71) Заявит 4) ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТМЕТР 2 Т, - Т, 7 - -.,+У ) Т, и ора,об+Т, =Т,+ )- Тт (1) 1 ИС- . Т пр е Т - такт пр вания. Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники и может быть использовано для точного измерения малых значений напряжений в условиях высокого уровня помех,Известны цифровые интегрирующие вольтметры, содержащие входной переключатель измеряемого и образцового напряжений, интегратор, схему сравнения, управляюц 1 ую временными воротами, ца вход которых поступают импульсы опорной частоты, а выход соединен со счетчиком и цифровыми отсчетцьми устройствами (1.Измеритель работает в принципе двойного интегрирования, основанном на формировании двух развертывающих напряжений вида,1l У О)1 и соответственно в течение интервалов Т, (т - постоянная времени интеграт ( и У, - соответственно измеряемое и разцовое цапряжеция).Процесс преобразования описывается системой уравнений Совместное решение уравненийункцию преобразования вида 11 аиболее близким техническим решением к данному изобрстснию является цифровой интегрирующий вольтметр, содсржащцй интегратор, пороговое устройство, цсточцц- О ки образцового ц опорного цапрябдений, задатчик времени преобразования, генератор ц счетчик импульсов образцовой частоты 12.Динамические свойства известного вольт метра характеризуются уравнением, устанавливающим связь между значениями информативных интервалов времени преобразователя в двух соседних тактах преобразованияО Т, п - 1 Тт - СТ, и.Здесь 7, л1, Т, и - информативныевыходные интервалы времени преобразователя; Т, - значение такта преобразования; С - параметр, зависящий от особенностей структуры устройства (для предложенного вольтметра и вольтметра прототипа значения этого параметра равны).Окончательное напряжение для анализадинамических характеристик имеет вид3где у - допустимое значение приведенной динамической погрешности;и - число тактов (циклов) преобразования от момента скачкообразного изменсния преобразуемого напряжения до момента равенства информативного интервала установившемуся значению с погрснНостьо, определяемой 7;Тпреобр - Время преобразования.Следовательно, уменьшение длительности такта Ткак следует из выражения (1), является эффективным средством снижения динамической погрешности, кроме того, прц уменьшенном цикле преобразования для сохранения свойства подавления периодических аддитивных помех приходится усреднять результаты ряда последоватс.льных преобразований за время, кратное нли равное периоду помехи, при этом задача фактически сводится к суммированию последовательности интервалов времени. Поскольку эти интервалы нс являются примыкающими, то прц суммировании цх значений возникает погрешность, максимально возможное значение которой пропорционально числу суммируемых интервалов.Таким образом, недостатком известного устройства является высокая динамическая погрешность измерения.Целью данного изобрстецця является повышение точности прибора. Поставленная цель достигается за счет того, что В цифровой интегрирующий волы- метр, содержащий последовательно соедцценныс дифференциальный интегратор и пороговос устройство, цсточцики образцовогс) и опорного напряжений, зядатчцк такта преобразования, генератор образцовой частоты и счетчик, причем цеинвертирующий Вход интегратора цодключсц к входным клеммам, введены задатчпк ццтервала суммирования, суммируюшсе устройство и элемент И, выход которого сосдццсн со Г;ходом счетчика, а Входыс выходом задятчцка интервала суммирования, с выходом исто- ЦЦКЯ ООРЯЗЦОВОГО НЯПРЯХКСЦЦ 51 И ИЕВСРТИ)УОпИм Входом ццтс Грятора, с так)кс с ВВ 1- ходом генератора образцовой частсты ц Входами суммирующего устройства ц задатчика такта преобразования, при этом выход порогового устройства соединен со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источнпса опорного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фпг. 2 - эпюры характерных напряжений, поясняющие его работу,:) 10 15 20 25 30 35) 1 О 10 5 Г) 55 60 65 Устройство (фиг. 1) содержит дифференциальный интегратор 1, пороговое устройство 2, суммирующее устройство 3, источник 4 опорного нацряжсция, источник 6 ооразнового напряжения, задатчик 6 такта преобразования Т-, зад;тчик 7 интервала суммирования Т, генератор 8 образцовой частоты, элемент И 9 и счетчик 10.На эпюрах (фиг. 2) изображены седуошие напряжения: 11 - импульсы образцовой частоты на выходе генератора 8; 12 - цмпульсы тактовой частоты ца выходе задатчика 6, 13 - выходцос напряжение задятчика 7, 14 - выходнос напряжение интегратора 1, (16 - : устройстве-прототипе, 16 - в предлагаемом изобретении), 17 Напряжение ца выходе источника.13 ольтмстр раоота т следующим образом.Предположим, что В )осГ врсмсцц 1 И)1 Цг ЬС ВЫХО ДНОГО ЦЯЦР 51 жСЦЦЛ ЗЯД; ГтИКЯ 6 посл наст через суммируюпсе устройство ца Вход устройства 2, ВьЯывая его србят 1- Ваццс. По сигналу устройства 2 к ццвертцруюшему входу интегратора 1 цодклочас - ся образцовое напряжение -, С/б, и выходное напряжение интеграторы, уменьшаясь цо линейному закону, приближается по размеру к значепшо оорцого напряжецця, постуцаОПего с источника 4 через устройстзо 3 ня вход устройства 2.Одеако СРЯОЯтыВЯнцс ПОРОГОВОГО УстРойСТВЯ ПРОИСХОДИТ НР В )1 ОМСЦТ РЯВС:ЦСТВЯ ВЬ- ходного Напряжения интегратора огорному (г), я В момент посгуцленця на Вход порогового устройства срез сумхцруОП 1 сс устпойсВО 3 имггльс Г.Нсрятор 2 8, црц котс)- ро) Из)сцястс 5 знак разносц Входцьх н 2- 1 ряжсций порогового устройства. В рсзульта Гс этого В момсцт 1 Происходит переключение полярности образцового Напряжения, ц входцое цацряжс нис цнтсгрсТоря начиняет линейно Возрастать ло поступления С,СДСЮЦСГО ЦХПМ;ЬСЯ С ЗЯ,ИК 2 ВРСХ 1 ЕЦИ такта преобразования .,)слес очцсяПыс цропсссь работь Во.ьтстрс Пс.р;одц:сскц повторяются.Пи 1овой эквцвя;1 сц ВходцОГО цпряжс полмяс:тся П 1) СумхрОВиц сетико10 дискретных значений 7,; Сфцг, 2) В тсчсццс Врсмснп Т, равного периоду сьстсвой цо ехи.Вцсдсцис яктяИозВОл 5 ст лгсцсит дццахцческис характеристики во столькс) раз, во сколько длисльцосп, Т, равная и- риоду помехи, больше длительности 7,. Вследствие того, что работа устройства 2 и задятчцков 6 ц 7 сццхроццзирустся цмпул,- сами генератора образцовой частоты, устраняется специфическая состявляошая погрешности от суммирования непримыкаю 1 цих интсрВялов, тяк как Выхйдцой сиГня, здссь представлен временным интервалом, явля 01 цимся квянтопянной Вс личиной, В то время как в устройстве (прототипе) цепр"- рыв ной.В устройстве-прототипе условием соответствия выходного сигнала входному напряжению является равенство нулю интеграла разности входного напряжения Ьи среднего за период преобразования значе нпя образцового напряженияТ, - т 2осрт -- о Т 10 т, е,г(гг - гг,гг . О, (2 г т,гптЛиг=ьдйо о корректируется значение Ьгг, в пределах Лд, что вызь,кает г;зменсние значения и знака Л,Таким образом, справсдливо следующее выражениелОО. 35 40 и гг Лга: Го а гЛОДа45магематичсских опеПосле выполненияраций получим И,.пТ - г.,г, У (Т, г - Т.)-г- ТЛУ 50 г 0 или для наихудшего случая Ц,.пгТ - /,(Т-Т) .ТМ (4) г=а оДля данного вольтметра уравнение (2) 15 принимает видт тх го Ю - + 1 Лй. (3)т,го о20 где Л(Лд - разность значений Ьг,.;У, Ь,а- в " У, значение Кгг соответТствующее шагу квантования.Из уравнении (3) и (2) следует, что про цесс преобразования подчиняется законам, действующим в дискретных астатических системах автома 1 ического регулирования, т. е. происходит непрерывное интегрирование сигнала ошибки Л, и при выполнении 30 условия Функция преобразования данного вольтметра согласно уравнению (4) имеет вид(Т - Т) = ггТ = Т,. (5) =0 гоИз выражения (5) видно, что при суммировании ряда выходных интервалов ШИМ - преобразователя абсолютное значение погрешности преобразователя остается постоянным (равным Т,), а относительное - уменьшается в число раз, равное числу суммируемых интервалов, что и приводит к устранению погрешности суммирования непримыкающих интервалов.Ф о р м у л а изобретенияЦифровой интегрирующий вольтметр, содержащий последовательно соединенные дифференциальный интегратор и пороговое устройство, источники образцового и опорного напряжений, задатчик такта преобразования, генератор образцовой частоты и счетчик, причем непнвертирующий вход интегратора подключен к входным клеммам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены задатчик интервала суммирования, суммирующее устройство и элемент И, выход которого соединен со входом счетчика, а входы - свыходом задатчика интервала суммирования, с выходом источника образцового напряжения и инвертирующим входом интегратора, а также с выходом генератора образцовой частотьг н входами суммирующего устройства и задатчика такта преобразования, при этом выход порогового устройства соединен со входом источника образцового напряжения, выход задатчика такта преобразования соединен с входом задатчика интервала суммирования и вторым входом суммирующего устройства, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом порогового устройства.Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе 1. П. П. Орнатский. Автоматические измерения и приборы, Киев, Высшая школа, 1973, с. 432.2. Авторское свидетельство СССР365038, кл. Н 03 К 13/20, 01.02.71.6599 осб Ф - 1 - "- . с .,Г. циг з 1(оррсктср Л. Ьракнина с Оетаи Афанасьев тедакто; атыше изография, пр Саптрвова 2 Заказ 6761 О 11 зд. ц 281 1 аж 081 1 о;спи ное НПО Гоеударствеыссого соттея сХС:Р по аса; ,йрс.е 1: и открытий 113035, сс 1 оосва, М, 3;, Ра,Пс;О., 1