Цифровой вольтметр постоянного тока

О П И С А Н И Е и)855988ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнхСоциалистическихРеспублик(5)М, Кл. Н 03 к 3/02 Гааудярстввниый катантат по делам иаабретеиий и атхрытий(72) Авторы изобретения А.В. Петров и Э.Ф.-Л. Симхович Ленинградское производственное объединение "Вибратор"(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к электро-измерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах постоянного тока.Известны цифровые вольтметры постоянного тока с автоматическим выбором предела измерения, содержащие высокочувствительный блок выборапредела измерения, состоящий из усилителя постоянного тока типа МДМ,10 цепи обратной связи и коммутирующих ее ключей, аналого-цифровой преобразователь 1,АЦП)и блок управления, причем усилитель постоянного тока и АЦП используются как при выбо 15 ре предела измерения, так и для аналого-цифрового преобразования измеряемой величины 1 .Недостаток этих цифровых вольтметров вбольшое время выбора пре 26 дела измерения, обусловленное инерционностью усилителя типа МДМ и соответственно большим временем установления напряжения на его выходе 2после каждой коммутации цепи обратной связи.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратнои связи, первый из которых - высокочувствительный и инерционный, а второй - малочувствительный и быстродействуюший, аналого-циФровой преобразователь, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-циФрового преобразователя 12 1. Однако этот вольтметр имеет низкую точность, обусловленную взаимным влиянием блоков выбора предела измерения,На чертеже представлена блок-схема устройства,Цифровой вольтметр содержит первый - высокочувствительный и инер 35ционный блок выбора предела измерения в виде высокочувствительного усилителя 1 типа ЩМ с входами 2 и 3,выходом 4 и цепью 5 обратной связис коммутирующими ее кгзочами, второй -дд 0малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела в видемалочувствительного и быстродействующего усилителя б (с непосредственнойсвязью каскадов) со входами 7 и; 8,выходом 9 и цепью 10 обратной связис коммутирующими ее ключами, причемцепи обратной связи идентичны, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)11 с информационным 12 иуправляющим5013 входами и выходом 14 блок 15управления со входом 16 и выходами -первым 17, вторым 18, третьим 19 ичетвертым 20, переключатель 21 синформагаионнйми 22 и 23, управляющим 24 входами и выходом 25.Вход 22 переключателя 21 соединен с одним входом устройства, к которому подключается измеряемде на 55 3 85598Цель изобретения - повышение точ-ности,Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блокивыбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которых - высокочувствитель,ный и инерционный, а второй - малочувствительный и быстродействующий, Оаналого-циФровой преобразователь,блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифровогопреобразователя, а вьгходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управляющим входом аналого-циФрового преобразователя введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройстваи входом чувствительного и инерционного блока выбора предела измерений, выход которого подключен ковторому входу переключателя, выходпоследнего через малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела измерения соединен совходом аналого-циФрового преобразователя, а управляющий вход переключателя подключен к дополнительномувыходу блока управления. 30 8 фпряжение О 1, и с входом 2 высокочувствительного усилителя 1, выход4 последнего соединен со вторым входом 23 переключателя 21. Выход 25переключателя 21 соединен со входом 7 быстродействующего усилителя6, выход 9 которого соединен с инФормационным входом 12 АЦП 11. Цепи обратной связи 5 и 1 О включенысоответственно между выходами 4и 9, и входами 3 и 8 усилителейи 6. Вход 16 блока 15 управлениясоединен с выходом 14 АЦП 11, выходы17 и 18 соединены соотвегственнос управляющими входами ключей, коммутирующих цепи обратной связи 5и 10, выход 19 - с управляющим входом 13 АПД 11, а вьгход 20 - с управляющим входом 24 переключателя 21.Между выходом 4 высокочувствительного усилителя 1 и входом 23 переключателя 21, а также между входом2 усилигеля 1 и входом 22 переключателя 21 могут включаться Фильтрына чертеже не показаны).Устройство работает следующим образом,В исходном положении переключатель 21 выключен, вход 23 переключателя 21 замкнут с его выходом 25,а ключи в цепях 5 и 10 обратной связи установлены так, что коэффициенты усиления усилителей 1 и 6 равныединице, Цикл измерения начинаетсяс включения переключателя 21, для чего с выхода 20 блока 15 управленияпоступает сигнал, размыкающий вход23 переключателя 21 с его выходом25 и замыкающий этот выход с его входом 22. При этом благодаря единичномукоэффициенту усиления усилителя 1 онне входит в насыщение ни при какомзначении напряжения О, а благодаряединичному коэффициенту усиленияусилителя б на информационном входе12 АЦП 11 появляется напряжение Оравное измеряемому напряжению О.Далее с выхода 19 блока 15 управления поступает команда на вход 13 ЛЦП 11, в результате которой с этого момента и до конца выбора предела измерения напряжения О сравнивается с О, О где О- максимально входное напряжение, на которое рассчитан АЦТ 11 (коэффициент 0,1 обусловлен тем, что коэфФициенты усиления усилителеи 1 и б, также как и предела измерения цифровых приборов,855988 кратны 10) и для получения наибольшей точности аналого-цифрового преобразования измеряемого напряжения О 1, необходимо, чтобы цифровое значение А напряжейия О было оптимальным, т.е. выполнялось соотношение 0,1 А АА, где А " максимальное цифровое значение АЦП 11, соответствующее ОМ .В результате упомянутого сравнения,10 напряжений О 2 и 0,1 О 1 на выходе 14 АЦП 11 появляется сигнал, полярность которого зависит от соотношения указанных напряжений, причем, если ОО,О(т.е. предел измерения, установленный в данный момент, еще не оптимален й его следует изменить), то на вход 16 блока 15 управ" ления поступает такая команда, что последний по выходу 18 переключает 20 ключи в цепи 10 обратной связи таким образом, что коэффициент усиления усилителя б становится равным десяти и напряжение О становится равным .100. Это напряжение сравнивается в АЦП с напряжением 0,10, и .результат сравнения в виде соответствующей команды поступает на вход 16 блока 15 управления, который по своему выходу 18 переключает цепь об ратной связи 10, увеличивая коэффициент усиления усилителя б еще в 10 раз, Так продолжается до тех пор, пока не выполняется условие О 7 О что свидетельствует о выборе опти- З 5 мального предела. В этом случае АЦП 11 подает на вход 16 блока 15 управления команду окончить выбор предела, в результате которой блок 15 управления по выходу 17 устанавли. 40 вает ключи в цепи 5 обратной связи в положение, соответствующее выбранному пределу, по выходу 18 - ключи в цепи 1 О обратной связи - в поло" жение, соответствующее единичному коэффициенту усиления усилителя б, по выходу 19 выключает в АЦП напряжение 0,О , а по выходу 20 выключает переключатель 21, в результате чего его выход 23 соединяется с выходом 25. входному сопротивлению АцП и упрощает устройство. формула изобретения Цифровой вольтметр постоянного тока, содержащий блоки выбора предела измерения с идентичными цепями обратной связи, первый из которых- высокочувствительный и инерционный, второй - малочувствительный и быстродействующий, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы - с управляющими входами ключей цепей обратной связи и управля ющим входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, в него введен переключатель, первый вход которого соединен со входом устройства и входом высокочувствительного и инерционно 45 50 55 По прошествии времени, необходимого для установления напряжения на выходе 4 усилителя 1 с необходимой точностью (это время задается в блоке 15 управления), с выхода 19 блока 15 управления поступает команда на вход 13 АЦП 11 о начале аналого-цифрового преобразования на выбранном пределе, По этой команде АЦП осуществляет аналого-цифровое преобразование и выдает о нем информацию с учетом десятичной за" пятой (положение которой определяется выбранным пределом измерения) в отсчетное устройство АЦП.После этого блок 15 управления по выходу 17 устанавливает ключи, коммутирующие цепь 5 обратной связи усилителя 1 в положение, соответству" ющее единичному коэффициенту усиления усилителя 1 (во избежание его перегрузки при изменении величины О 1), Устройство готово к следующему измерению.Таким образом, в предлагаемом устройстве отсутствует взаимное влияние блоков выбора предела измерения, поэтому оно имеет более высо"кую точность при сохранении высокогобыстродействия, Кроме того, в нем малочувствительный и быстродейству" ющий блок выбора предела выполняетдве функции: усиления сигнала впроцессе выбора предела измерения иразрядки выходной цепи высокочувствительного блока выбора предела ивходной цепи АЦП (что особенно важно при наличии упомянутых фильтров) впроцессе аналоге-цифрового преобразования. Это снижает требования кСоставитель В.МахнановГехред М,Рейвес Корректор М.Кос Редактор И.Касар Заказ 6964 Тираж 988сударственногоам изобретенийосква, Ж, Р Подкомитета СССРоткрытийушская наб., д сное ВНИИПИ по де 113035, илиал ППП ент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7го блока выбора предела измерений, выход которого подключен ко второму входу переключателя, выход последнего через малочувствительный и быстродействующий блок выбора предела измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход переключателя подключен к дополнительному вЫходу блока управления. 855988 8 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цифровой универсальный измерительный прибор (ЦУИП), "Машприборинторг", 1971, с. 11, 24,2. Авторское свил тельство СССРВ 369498, кл. Н 03 К 13/02, 08.10.691 прототип),