Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой

ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ВТЕЛЬСТВУСоюз Советскык Социалистических Республик(22) Заявлено 04.05.78 (2) 2628046/18-21с присоединением заявки Нов(5 ЦМ, Клэ С й 19/25 государственный коиитет СССР ио делан изобретений и открытий(53) УДК 621. 317. .725(088.8) Дата опубликования описанию 25.12. 80(72) Автор. изобретения В. Д. Крисилов 1) Заявитель рдена Трудового Красного 3литехнический институт есски и(5 и) СЕЛЕКТ МИКРОВОЛЬТМЕТР С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКОЙ и ч ого микя в низстоте еля изя быстро входногоиндика- вного я - уменьшение час измерения напряточности индикаци селективного микр ию помому Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении слабых напряжений и токов, при выделении сигнала иэ шумов, а также при последовательном спектральном анализе сигналовИзвестно устройство для автоматической стабилизации усиления, содержащее регулируемый усилитель, сигнал с выхода которого подается одновременно на фильтр сигнала и в цепь обратной связи в виде пс ледовательно соединенных фильтра пилот-сигнала и регулятора, другой вход которого под ключен к источнику опорного напряжения, и аттенюатор, соединенный со входом усилителя, причем выход фильт ра пилот-сигнала подключен ко входу аттенюатораИ .Недостатком известного устройства является низкая точность калибровки на частоте настройки селективного усилителя из-за коммутационных ошибо при повышенных частотах калибровки и иэ-эа отсутствия в цепях калибровки запоминающих устройств, и внизкой точности индикации частоты настройки селективного усилителя.Наиболее близким к изобретен технической сушности и достигае результату является селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержавший входное устройство,последовательно соединенные регулируемый элемент, селективный усилитель,компаратор и первый ключ, к другомувходу которого тйздключен тактовый генератор ", эталонный аттенюатор, подключенныи входом к выходу селективного усилителя ." блок управления, входкоторого соединен с селективным усилителем, а выход со входами линейного генератора преобразователя напряжения подклю енного выходом к индикатору 21 . Недостаток этого селекткв ровольтметра также заключает кой точности калибровки на ч 2 О настройки селективного усили за статической ошибки, котор возрастает при малых уровнях сигнала, и в низкой точности ции частоты настройки селект 5 вольтметра,Цель изобретени тотной погрешности жения и повьааение частоты настройки вольтметра.Указанная цель достигается за счет того, что в селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержащий входное устройство, последовательно соединенные регулируемый элемент, селективный усилитель, компаратор и первый ключ, к другому вхо- ,ду которого подключен тактовый генератор, эталонный аттенюатор. подключенный входом к выходу селективного усилителя, блок управления, вход которого соединен с селективным усилителем, а выход - со входами линейно"- го генератора и преобразователя напряжения, подключенного выходом к ин- дикатору, введены цифроаналоговый преобразователь, включенный между 15 выходом блока управления и входом регулирующего элемента, датчик уровня и двухпозиционный переключатель, через контакты которого вход регулируемого элемента связан с выходами щ эталонного аттенюатора и входного устройства, вход компаратора - с вы-. ходами датчика уровня и линейного генератора,а выход первого ключа - с други " входами цифроан гового пре образователя и преобразователя напряжения, а также формирователь, вход которого через контакт двухпозиционного переключателя связан с селективным усили -елем, а выход подключен к первому входу второго ключа, выход 30 которого соединен с другим входом преобразователя напряжения, а между его вторым входом и выходом блока управления включен элемент задержки.35На чертеже показана структурная схема селективного микровольтметра с автоматической калибровкой.Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой содержит Формирователь 1, выход которого сое дмнен с первым входом второго ключа 2, ко второму входу которого подключен элемент задержки 3, входное устройство 4, эталонный аттенюатор 5, тактовый генератор 6, преобразователь напряжения 7, соединенный с вы-" ходом второго ключа и с индикатором 8, регулируемый элемент 9, связанный входом через контакты двухпоэиционно- го переключателя со входным устрой- р ством и эталонным аттенюатором, а выходом - с селективным усилителем 10, выход которого подключен ко входам эталонного аттенюатора и компаратора 11, соединенного с первым ключом 12 и через контакт двухпозиционного переключателя с выходами датчика уровня 13 и линейного генератора 14;входы двухпоэиционного переключателя 15, цифроаналогового преобразователя 16, линейного генератора 14 и преоб разователя напряжения 7 объединены и подключены к выходу блока управления 17, вход которого соединен с селективным усилителем. Выход тактового генератора 6 подключен к другому 65 входу первого ключа 12, выход которого связан через контакт двухпозиционного переключателя со входамипреобразователя напряжения 7 и цифроаналогового преобразователя 16, авход эталонного аттенюатора 5 соединен с выходом селективного усилителя 10.Устройство работает следующим образом,Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой работает врежимах автокалибровки и измерения.Режим автокалибровки необходим только при перестройке селективного усилителя 10 по частоте, поэтому органы перестройки этого усилителя электрически или механически связаны сдвухпозиционным переключателем 15через блок управления 17. Эту связьможет осуществлять и оператор, воздействуя при необходимости непосредственно на двухпозиционный переключатель.15. При автокалибрОВке контакты этого переключателя находятся вположении, указанном на рисунке.В этом положении измеряемый сигнал на селективный усилитель 10 непоступает, а регулируемый элемент 9,усилитель 10 и эталонный аттенюатор5 образуют петлю положительной обратной связи, усиление которой выбирается достаточным для возникновения автоколебаний на частоте максимальногоусиления (настройки) селективногоусилителя. Автоколебания поступаютна компаратор 11 и их амплитуда сравнивается с выходным напряжением датчика уровня 13, выполненного, например, в виде делителя напряжения стабилизированного источника питанияустройства.Величина постоянного выходногонапряжения датчика уровня 13 соответствует примерно середине линейногоучастка амплитудной характеристикиселективного усилителя 10. Когда амплитуда автоколебаний превосходитэтот уровень, на выходе компаратора11 появляется сигнал, отпирающий электронный ключ 12, который начинаетпропускать на цифроаналоговый преобразователь 16 импульсы тактового генератора 6, Цифроаналоговый преобразователь 16 предварительно сбрасывается в ноль.,Для этого он связан с ор,ганом перестройки селективного усилителя 10 через блок управления 17.По мере увеличения выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 16 уменьшается коэффициентпередачи регулируемого элемента 9,что приводит к уменьшению амплитудыавтоколебаний в петле положительнойобратной связи. В результате наступит динамическое равновесие, при котором с точностью, определяемой числом градаций цифроаналогового преобразователя, коэффициент усиления пос ледовательно соединенных регулируемого элемента 9 и селективного усилителя 10 равен величине, обратной коэффициенту передачи эталонного аттенюатора 5, Число градаций определяется требуемым коэффициентом стабилизации, который выбирается пропорциональным отношением погрешности, вызываемой перестройкой селективного усилителя, к остальным погрешностям микровольтметра (при бесконечном числе градаций калибровка была бы статической).Одновременно с калибровкой чувствительности производится индикация частоты настройки селективного усилителя 10.Для этого от блока управления 17 через элемент задержки 3 проходит на второй ключ 2 импульс фиксирован" ной длительности, а на его другой вход поступают импульсы стандартной формы (например, меандра) от формирователя 1 с частотой автоколебаний в петле, образованной аттенюатором 5,элементом 9 и усилителем 10. Эти импульсы со второго ключа 2 поступают на преобразователь напряжения 7 (например, детектор с накопительным конденсатором или счетчик с дешифратором). Показания индикатора 8 (например, магнитоэлектрический миллиамперметр или цифровое табло) пропорциональны частоте калибровочных автоколебаний, которая в точности равна частоте настройки селективного усилителя 10. Элемент задержки 3 необходим для того, чтобы преобразование (счет) выходных импульсов формирователя началось после установления амплитуды автоколебаний, достаточной для получения импульсов стандартной формы.По истечении времени, достаточного для наблюдения и регистрации частоты настройки, милливольтметр автоматически переключается в режим измерений и работает в этом режиме до тех пор, пока не произойдет измене 7 и индикатора 8. Регулируемый элемент 9 соединен с цифроаналоговымпреобразователем 16, на выходе которого неограниченное время до выключения источника питания микровольтметра или(до очередной его перестройки по частоте) сохраняется напря"жение, возникшее в режиме предыду.щей автокалибрсвки. Соответственноэтому напряжению поддерживается коэффициент передачи регулируемого элемента 9 и компенсируются изменениярезонансного или квазиреэонансногокоэффициента усиления селективногоусилителя 10, возникшие при его перестройке.Остальные блоки в режиме измерения работают как аналогичные блокиизвестных вольтметров с время-импульсным преобразованием, Выходное напряжение селективного усилителя 10 20 сравнивается в компаратаре 11 с калибровочнымнапряжением линейногогенератора 14 и с момента запускаэтого генератора до момента, когдалинейно нарастающее на его выходе 2 Я напряжение сравнивается с амплитудойвыходного напряжения селективногоусилителя 10, первый ключ 12 пропускает импульсы тактового генератора6 на преобразователь напряжения 7.Показания индикатора 8 при отсутствии помех пропорционально амплитудевходного сигнала. Индикатор 8.можетбыть выполнен, например, в виде цифрового табло.В режиме измерений возможен любойизвестный метод преобразования выходного напряжения усилителя 10, однако представленная на чертеже схеманаиболее экономична, поскольку прик либровке и при измерении использу ются одни и те же блоки: компаратор11, тактовый генератор б и первыйключ 12. В то же время преобразование и индикация числа импульссв навыходе первого ключа 12 могут бытькак аналоговыми, так и цифровыми.Отметим, что преобразователь нап60 ние величин элементов перестройки почастоте селективного усилителя 10.Для перехода в режим измерений блок управления 17 через определенное время после начала режима калибровки(несколько секунд) вырабатывает импульс, который вызывает переключениеконтактов двухпозиционного переключателя 15, сброс в ноль преобразователя напряжения 7 и запуск линейного генератора 14. При этом контакты двухпозиционного переключателя 15 находятся в,положении, противоположном укаэанному на чертеже.В этом положении образуется линейка из последовательного соединенных входного устройства 4, регулируемого элемента 9, селективного усилителя 10, компаратора 11, первого ключа 12, преобраэователя напряжения ряжения 7 и индикатор 8 также используются в обоих режимах для индикации измеряемого напряжения и частоты настройки микровольтметра. При необходимости оператор может перевести прибор в режим автокалибровки и при неизменной частоте настройки, чтобы проконтролировать эту частоту, Это достигается, например, соответствующим выбором связи между ручной перестройкой по частоте и блоком управления 17. Чтобы повернуть ручки,необходимо, путем ее нажатия замкнуть контакт, соединенный с этим блоком,Формула изобретения 1. Селективный микровольтметр с автоматической калибровкой, содержа9128/75 Тираж 1 ВНИИПИ ГосударственнЬпо делам изобрет 13035, Москва, Ж,9 Подписноекомитета СССРий и открытийушсМая наб., д. 4/5 к Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна щий входное устройство, последовательно соединенные регулируемый элемент, селективный усилитель, компаратор и первый ключ, к другому входукоторого подключен тактовый генератор, эталонный аттенюатор, подключенный входом к выходу селективного усилителя, блок управления, вход которого соединен с селективным усилителем,а выход - со входами линейного генератора и преобразователя напряжения,подключенного выходом к индикатору,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью уменьшения частотной погрешности, в него введены цифроаналоговыйпреобразователь, включенный между выходом блока управления и входом ре Ягулирующего элемента, датчик уровняи двухпозиционный переключатель, через контакты которого вход регулируемого элемента соединен с выходамиэталонного аттенюатора и входногоустройства, вход компаратора - с выходами датчика уровня и линейногогенератора, а выход первого ключа с другими входами цифроаналоговогопреобразователя и преобразователянапряжения.2. Селективный микровольтметр савтоматической калибровкой по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности индикациичастоты настройки, в него дополнительно введены последовательно соединенные формирователь, второй ключи элемент задержки, причем вход формирователя через контакт двухпозиционного переключателя соединен с выходом селективного усилителя, выходвторого ключа соединен с другим входом преобразователя напряжения, авход элемента задержки соединен свыходом блока управления,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 345585, кл. Н 03 Г 3/20, 14.07.72. 2. Авторское свидетельство СССР Р 259264, кл. 6 0119/26, 12.12,69.