Цифровой вольтметр переменного напряжения

(19) (И) К 19/25 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Владимирский политехнический институт(56) 1. Авторское свидетельство СССР241535, кл. С 01 К 19/02, 1967.2. Авторское свидетельство СССР ф 918869, кл. С 01 К 19/25, 1980 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок образцовых напряжений и блок сравнения, второй вход которого соединен с входной шиной, последовательно соединенные генератор опорной частоты и счетчик периода измерения, последовательно соединенные сумматор и блок извлечения квадратного корня о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения и расширения функциональных воэможностей путем одновременного измерения действующего исреднего значений напряжения, в неговведены. счетчик, последовательно-соединенные дешифратор опорного уровня,преобразователь кода с гиперболической характеристикой и блок сравнениякодов, выход которого соединен спервыми входами реверсивного счетчика и счетчика, управляющим входомдешифратора опорного уровня, и инфор-.мационных входов которого соединеныс выходами блока сравнения, и-й информационный вход соединен с вторымвходом реверсивного счетчика, а выход - с первым входом сумматора,второй вход которого соединен с выходом счетчика периода измерения, входкоторого соединен с вторым входомсчетчика, выход которого соединен свторым входом блока сравнения кодов.блока переноса и входом второго разряда реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены через первый и второй блок переноса соответственно к первым входам первого и второго сумматоров, вторые входы последнего через третий блок переноса соединены с выходами первого сумматора, а выходы - с первыми входами делителя кодов, вторые входы которого через счетчик периода подключены к управляющим входам второго и третьего блоков переноса и выходу второго ключа, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, выходы делителя кодов соединены с вторыми входами первого сумматора, выход которого подключен к входу первого ключа, а четвертый выход блока управления соединен с входами реверса реверсивного счетчика и первого сумматора Г 23Недостатками известного вольтметра являются сложность схемы и ограниченные функциональные возможности.Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения действующего и среднего значений напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий реверсивный счетчик, последовательно соединенные блок образцовых напряжений и блок сравнения, второй вход которого соединен с входной шиной, последовательно соединенные генератор опорной частоты и счетчик периода измерения, последовательно соединенные сумматор и блок извлечения квадратного корня, введены счетчик, последовательно соединенные дешифратор опорного уровня, преобразователь кода с гиперболической характеристикой и блок сравнения кодов, выход которого соединен с первыми входами реверсивного счетчика и счетчика, управляющим входом дешифратора опорного уровня, п информационных входов которого соединены с выходными блока сравнения, и-й информационный вход соединен с вторым входом реверсивного счетчика, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом счетчика периода измерения, вход . которого соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения кодов. 50 1 1109661 2Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для измерения действующего и среднего значений переменногонапряжения произвольной формы.Известно устройство для измерения5действующего значения напряжения инфранизкой частоты, содержащее нульорган, управляемый генератор, счетчики импульсов, преобразователь кода в напряжение, генератор тактовыхимпульсов и Арифметическое устройство, производящее операции деления иизвлечения корня 13К недостаткам этого устройства15,относятся сложность аппаратурной реализации, причиной которой являетсяприменение АЦП с нелинейной (квадра 1тичной) характеристикой 1 квадратичный АЦП включает нуль-орган, управляемый генератор, счетчик и преобразователь кода в напряжение), а такжемалое быстродействие, так как дляполучения квадратичной характеристи-,ки в обратную связь АЦП включенокорнеизвлекающее устройство, в составкоторого входят счетчик и преобразователь кода в напряжение. Для того,чтобы напряжение с преобразователядостигл уровня срабатывания нуль 30органа, необходим значительный интервал времени заполнения счетчика.Устройство не позволяет также одновременно измерять действующее и среднее значения напряжения.Наиболее близким к изобретению по З 5технической сущности является цифро.вой вольтметр переменного напряжения,содержащий блок образцовых напряжений, блок сравнения, ключи, реверсивный счетчик, два сумматора, счетчикпериода, генератор образцовой частоты, подключенный к входу первогоключа, блок управления, первый ивторой выходы которого соединены суправляющими входами ключей, делитель 45кодов, элемент ИЛИ, три блока переноса, блок сравнения выполнен в видепараллельно включенных нуль-органовпо количеству уровней квантования,первые входы которых соединены свходной клеммой, вторые входы - ссоответствующими выходами блока образцовьж напряжений, а выходы - с входами бл ка управления, третий входкоторого подключен к первому входу 55элемента И 111, второй вход которогосоединен с выходом первого ключа, авыход - с управляющим входом первого1109661 ИК.П 1Иеьх Мг е на- считы мгновенное знач пряжения в моме ани л времени междми считывания омен новенных значен аг а 3На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема вольтметра.Вольтметр содержит блок 1 сравнения, блок 2 образцовых напряжений,дешифратор 3 опорного уровня, преобразователь 4 кода с гиперболическойхарактеристикой, блок 5 сравнениякодов, счетчик 6, генератор 7 опорнойчастоты, сумматор 8, блок 9 извлечения квадратного корня, счетчик 10 10периода измерения, реверсивный счетчик 11.Блок 1 содержит набор нуль-органов,на первые входы которых подается измеряемое напряжение. Блок 2 подключен 15к вторым входам нуль-органов и задаетуровни их срабатывания. Выходы нульорганов блока 1 сравнения соединеныс входами дешифратора 3, Выход нульоргана с нулевым уровнем срабатываниясоединен с управляющим входом реверсивного счетчика 11. Выход дешифратора 3 соединен с информационным входомсумматора 8 и входом преобразователя4, выполненного, например, в виде 25постоянного запоминающего устройства,Выход сумматора 8 соединен с блоком 9.Выход преобразователя 4 соединен содним из входов блока 5, второй входкоторого подключен к выходу счетчика З 06. генератор 7 соединен со счетчиком6 непосредственно, а с управляющимвходом сумматора 8 - через счетчик 10.Выход блока 5 соединен с установочнымвходом счетчика 6, управляющим входом дешифратора 3 и счетным входомреверсивного счетчика 11,Блок 5 реализует логическую Функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Сумматор 8 состоит из комбинационного сумматора дляхранения промежуточного результата.Преобразователь 4 является частнымслучаем применения делительных устройств, реализующих зависимость И=С/Хпри С = 1 и выполненных, например,с помощью двоичных умножителей илифункциональных преобразователей код -код на основе программируемых логических матриц.Вольтметр работает следующим обра 50зом.Измеряемое напряжение подается наобщий вход нуль-органов блока 1, количество которых определяется допустимой погрешностью квантования. Другие входы соединены с выходами блока2, формирующего сетку опорных напряжений. Один из нуль-органов блока 2формирует импульс полярности при переходе измеряемого напряжения черезнуль и управляет им работой реверсивного счетчика 11, переводя его в режим суммирования или вычитания. Импульсы с выхода блока 1 поступают надешифратор 3, где преобразуются впараллельный двоичный код, пропорциональный измеряемому мгновенному значению напряжения в момент квантования где У; - входное напряжение;К - коэффициент преобразования.Код с дешифратора 3 одновременно поступает на сумматор 8 и преобразователь 4, который преобразует код Ибв в выходной код И в соответствии сбЫхвыражением.Блок 5 сравнивает выходной кодпреобразователя с текущим значениемкода счетчика 6, линейно изменяющего свой код при подсчете импульсовгенератора 7,При равенстве кодов на выходе блока 5 формируется импульс, который поустановочному входу счетчика 6 переводит его в исходное (нулевое) состояние, а по управляющему входу дешифратора 3 формирует на выходе де. -шифратора 3 параллельный код следующего мгновенного значения 13;,В цифровом вольтметре интегралызаменяются конечными суммами и, переходя к последовательности мгновенныхзначений, действующее и среднее значения напряжения равны дискретизации);и - число шагов дискре ции,1109 М 1 11ф 11 Вык 1 О То Подставляя (2), получаем, среднее зцачен ляются как 0 01 К т 1 11 ВХОт 1, К а к прос ратора считыв еиствующмированию го значения количества вным счетчи-З ния напряяются одноодов и колиция для апря ния и су вацтован,шагов ком 11 ев для среднего эцачОба значения изме1 О. ПЕЛЕИЕ СУММЫ жеция.ВРемец Учцтыцая гицербоццческую характеристику преобразователя 4, шаг д 1 и кретцэации б 1;, формируемые вспомогательным счетчиком, равенОХ входной и выходной коды преобразователя;период квантующих импульсов генератора 7, уравнения (1) и (3) в что действующее и ия напряжения опредеем образом, измерение сводитстому суммированию кодов дешиф в сумматоре 8 в моменты 1 ес т на 1 ачЕВ к ца цто 1 дццЯ 1 а церОл 1сигнала Огушесте 1 ле 1 ется путем формнроВ а ц 11 Я 1 ремеиЗме ре ц 11 Я 1 из усЕоиэмВЯ)Т Д 11 Я ТОГО, чтобы проявилось свойство усреднения. Это достигается обработкой си налов до моментапереполнения счетчика 10,Извлечение квадратного корня изсуммы кодов осуществляется блоком 9,выходной код которого пропорционалендействующему значению напряжения. Выходной код реверсивного счетчика пропорционален среднему значению напряжения.Упрощение схемы вольтметра достигается исключением Операции возведения в квадрат последовательности кодов, пропорциональных мгновенным значениям, что позволяет исключить изизвестной Схемы такие достаточно сложные и объемные по количеству эл ментов блоки, как один иэ сумматоров, три блока переноса, блок управления со сложной логикой работы и др.В предлагаемом устройстве возведение кодов в квадрат заменено их сум/мированием с переменным шагом дискретизации, причем параллельные коды формируются в дешифраторе опорного уровня, а переменный шаг дискретизации обеспечивается совокупностью преобразователя 4 счетчика 6 и блока 5. Это позволяеФ также свести измерение среднего значения напряжения к простому суммированию шагов дискретизации, что осуществляется одновременно с измерением действующеГО значения напряжения.Гос танитель А. амитонулла Техред С.Мигунова йр ектор С. Шекмар Редакто одвк нов те та С:ССР э 1,т и и ая на б., д. 4 Филиал 111 "атент", г. Ул гор 11 роектная,каз 6025/30 Тираж 71 ВИИП Тосуда по делам из 113035, Иосквтвенного ко ретений и от Ж, тауни