Устройство для измерения отношения двух напряжений

(46) 23.04.86. Бюл. В 15 (71) Львовский ордена Ленина политех нический институт им. Ленинского ком сомола(56) Авторское свидетельство СССР У 983562, кл. С 01 8. 19/10, 1980.Авторское свидетельство СССР У 1149170, кл. С 01 В. 19/10, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕ НИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ(57) Изобретение может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и измерительных приборах, Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит нуль-органы 1-4, источники 5-7 опор 6(с ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ ного напряжения, резисторы 8 и 12,управляемые коммутаторы 9 и 13, конденсатор 11, входные шины 14 и 15,шину 16 "Пуск", одновибратор 17,триггеры 18, 19, 24 и 27, элементы20-23 и 25 И, двоичный реверсивныйсчетчик 26, элемент 28 ИЛИ, генератор 30, инвертор 31, выходы 10 и 29устройства. Введение в устройствотриггеров 19, 24 и 27, пяти элементов И, инвертора, одновибратора,генератора импульсов, двоичного реверсивного счетчика и образованиеновых связей между элементами устрой.ства позволило расширить динамический диапазон вь)ходного напряжения,которое на протяжении измерения вход.ного отношения от минимального домаксимального изменяется от минимума до максимума 2 раза. 2 ил.515 20 25 ЗО 35 40 5 О Изобретение относии ся к электроизмерениям и может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и измерительных приборах,Цель изобретения - повышение точности измерения.На циг.1 представлена блок-схема устройства для измерения отношения двух напряжений; на циг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство для измерения отношения двух напряжений содержит нуль-орган 1-4, три источника 5-7 опорного напряжения, причем источник 5 подключен к первому входу первого нуль-органа 1, источник б - к первому входу четвертого нуль-органа 4, источник 7 через последовательно соединенныепервый резистор 8 и первый управляемый коммутатор 9 - к выходу 1 О устройства, к вторым входам всех нульорганов 1-4, и через конденсатор 11,зашунтированный последовательно соединенными вторым резистором 12 и вто.рым управляемым коммутатором 13, кобщей шине, первые входы нуль-органов 2 и 3 соединены с первой 14 ивторой 15 входными шинами соответственно, а шина 16 Пуск", через одновибратор 17 подключена к 11 -входутриггера 18 и 5 -входу триггера 19,прямой выход которого соединен с пер.выми входами первых четырех элементов И 20-23 и с 17 -входом третьеготриггера 24, 9 -вход которого соединен с выходом нуль-органа 1, Р -входс выходом нуль-органа 4, инверсныйвыход - с вторым входом элемента И20, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 9, а прямойвыход - с управляющим входом коммутатора 13, вторыми входами элементовИ 21 - 23, 25 и с тактовым входомтриггера 19, инверсный выход которого соединен с первым входом пятогоэлемента И 25, а В-вход с тактовымвходом триггера 24 и выходом двоичного реверсивного счетчика 26, такто.вые суммирующий и вычитающий входыкоторого соединены с выходами элементов И 22 и 25 соответственно, авход "Сброс" соединен с Й-входом иинверсным выходом четвертого триггера 27, П-вход которого соединен с выходом элемента И 23, а тактовый входс выходом нуль-органа 3, первым входом элемента ИЛИ 28 и третьим входом элемента И 21, выход которого соединен с Р-входом триггера 18, прямоймой выход которого является вторымвыходом 29 устройства, а инверсныйвыход соединен с третьим входом элемента И 22, четвертый вход которогосоединен с третьим входом элементаИ 25 и выходом генератора 30, а пятый вход - с выходом элемента ИЛИ 28,второй вход которого соединен с третьим входом элемента И 23 и с выходоминвертора 31, вход которого соединенс выходом нуль-органа 2 и тактовымвходом триггера 8,Нуль-органы представляют собой операционные усилители и включены так, что на их выходе присутствуетлогический нО , если напряжениена втором входе выше, чем на первом,для первых трех нуль-органов, и ниже, чем на первом, для четвертогонуль-органа, Реверсивный двоичныйсчетчик, логическая "1" на выходекоторого указывает на нулевое значение счетчика, - любой двоичный счетчик, на выходе которого установленасхема определения нуля,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии после включения питания триггера 19 и 24 исчетчик 26 сбрасывают в ноль (цепьсброса не показана). При этом обауправляемых коммутатора разомкнутыи конденсатор 11 находится в режимехранения,При подаче сигнала по шине 16 "Пуск" одновибратор 17 в момент (фиг.2) вырабатывает короткий отрицательный импульс, который устанавлива. ет триггер 19 в единицу (Циг,2 г), а триггер 18 в ноль (фиг,2 и,о). Логическая "1" с выхода элемента И 20 замыкает первый управляемый коммутатор 9, и конденсатор 11 начинает заряжаться, стремясь к напряжению 11 и источника 7 опорного напряжения (Циг,2 ц). В момент времени С , когда напряжение на конденсаторе 11 достигает уровня напряжения Б,э с П ис 01 О точника 5 опорного напряжения, срабатывает нуль-орган 1 (фиг.2 й), ноль с выхода которого По 8-входу устанавливает триггер 24 в единицу, замыкая управляемый коммутатор 13 и размыкая управляемый коммутатор 9. В результате напряжение на конденса3 12торе 11 начинает экспоненциально па-дать 1ц = ц е (1)где- постоянная времени цепи разряда конденсатора 11;- время.Положительный фронт на прямомвыходе триггера 24 подтверждает единичное состояние триггера 19, на0-входе. которого присутствует логическая "1" с выхода счетчика 26, указывающая на то, что содержимое счетчика И=О,Через открытый элемент И 22 с генератора 30 на суммирующий вход двоичного счетчика 26 поступают импульсы, осуществляя отсчет времени(Фиг. 2 , 1),Рассмотрим случай, когда цКогда напряжение 1 на конденсаторесравнится с ц в момент времени3срабатывает нуль-орган 2 (фиг;2 е),подтверждает нулевое состояние триггера 18, а через инвертор 31 и элемент ИЛИ 28 закрывает элемент И 22и запрещает процесс счета счетчиком 26, в котором находится код,пропорциональный интервалу времени1 -С , В момент времени, когданапряжение на конденсаторе 11 падаетдо значения ц , срабатывает нульорган 3 (фиг.2 х) и через элементИЛИ 28 открывает элемент И 22. Процесс счета продолжается. В моментвремени Е когда напряжение на конЭденсаторе падает до значения напряжения ц источника 6 опорного напряжения, срабатывает нуль-орган 4(Фиг.2 В), который устанавливает триггер 24 в нулевое состояние (фиг,2),в результате чего коммутатор 13размыкается, а коммутатор 9 замыкается и опять запирается элемент И 22.Поэтому конденсатор начинает заряжаться (Фиг.2 4, а счетчик храниткод, пропорциональный времени Т -Т,- (с 5 - С) + (С). Подставив в выРажейие (1) Цо=Цо и С=Т, полУчаютц =ц е , откуда -- =е , а слеог ол цодовательно,26323Во время заряда конденсатора сраба.тывания нуль-органов на работу схемыне влияют,В момент временикогда напря 6 фжение на конденсаторе 11 повторно до -стигает значениЯ, Равного Цо сРабатывает нуль-орган 1 (фиг.2 о) и устанавливает триггер 24 в единицу(Фиг.2), а по фронту сигнала триг 10 гера 24 триггер 19 перебрасывается внулевое состояние (фиг,2 г ), так какна его 1-входе присутствует логический "0" с выхода счетчика 26, указывающий, что в счетчике код Б отличен от15 нуля, При этом открывается элементИ 25 и импульсы с генератора 30 поступают на вычитающий тактовый входсчетчика 26, коммутатор 9 размыкается, а коммутатор 13 замыкается и конденсатор 11 опять начинает разряжаться по закону (1), Срабатывание нульорганов на работу схемы не влияет.Через время Тг - Т в моментсодержимое счетчика 26 уменьшается до25 нуля (фиг,2) и на его выходе возникает логическая "1", что приводит кустановке триггера 24 в нулевое состояние (Фиг,2 у). При этом размыкается коммутатор 13 и конденсатор 11хранит значение выходного напряженияц ы, для определения цц производятследующие операции,Подставляют в выражение (1) значения Ц ииз выражений (2) и-ел юог Цог 1 Цке (4)о 0, ц ог ОЦ = Квылцг45 Как видно из выражения (4), приотношении, равном единице, при ц ==ц , выходное напряжение цВыпа Т, при этом стремится к йулюТг - Т в Т, счетчик достигает нулялишь в момент равенства ц =цвы огМаксимально возможное отношениебольше единицы при условии, что= Цо, а Ц = Ц, . При этом Ц,=цот55 ог ц щ ф л г 1 2Ц= ЦТ - Т Т - Т -ООг01ь 1 Цвьц ЦоаСледовательно,при ц Ъ ц , на чтоуказывает логический "0" на дополни6323 ваться 5 5 22 тельном выходе 29 устройства (фиг.2 ы) минимальному значению отношения напряжений, т,е. единице, соответствует минимальное выходное напряжение, равное Б , а максимально возможному измеряемому отношению, т.е. Пасоответствует максимальное Пагвыходное напряжение, равное ПРассмотрим случай когда 11 с Бмомент временсрабатывает нуль-орган 3 (фиг.2 т) и устанавливает в единичное состояние триггер 27, на инверсном выходе которого возникает нуль, сбрасывающий счетчик 26 (фиг.2) в нуль и триггер 27, после чего счетчик 26 продолжает считать, начиная с нуля. В момент времени С, когда По = П, срабатывает нуль-орган 2 и устанавливает в единицу триггер 18 (фиг.2 о)запирая элемент И 22, Счетчик переходит в режим хранения кода 11, пропорционального времени Т=С 4 -Ез. С учетом выражений (2) и (3) и 11 5о101520 Богт, е.- , соответствует минимальноеПовыходное напряжение, равное ПСледующий цикл измерения начинает ся после подачи сигнала на шину 1611Пуск и протекает аналогично.Таким образом, предлагаемое устройство для измерения отношения двух напряжений обладает повышенной точностью измерения за счет расширения динамического диапазона выходного напряжения, которое на протяжении измерения входного отношения от минимального до максимального изменяется от минимума до максимума два раза (в отличие от известного, где такое изменение происходит один раз), При этом на дополнительном выходе уровень напряжения указывает на Б 1 ) 11 или Б с 11 т.е, отношение больше или меньше единицы а следовательно, указывает какой шкалой отсчета пользоформула изобретениял Бгь 1 п11,(5) ББ = Кеык г Следовательно, при Б 1 Ц , на что указывает логическая "1 " на дополнительном выходе 29 устройства (фиг.2 о ), максимальному значению отношения напряжений, т,е, единице, соответствует максимальное выходное напряжение, равное Цо а минимально возможному измеряемому отношению,В остальном схема работает аналогично варианту, когда Б ) 11 г. В мо. момент времени С 7, когда содержимое счетчика 26 уменьшается до нуля (фиг.2 к ), на выходе фиксируется напряжение, пропорциональное отношению входных напряжений. Подставим выражение (5) в выражение (1)(6)о 11 При Б =Б, когда отношен 1 ле равно единице, Бвык =ПО, и максимально.Минимально возможное отношение будет при условии Пл = ПоаЬг. = Пол При этом 11 = 11 г- = ББргВь 1 к о О, ог 30 35 40 45 50 55 Устройство для измерения отношения двух напряжений, содержащее четыре нудь-органа, три источника опорного напряжения, первый из которых подключен к первому входу первого нуль-органа, второй - к первому входу четвертого нуль-органа, третий - через последсвательно соединенные первый резистор и первый управляемый коммутатор подключен к выходу устройства, к вторым входам всех четырех нуль-органов и через конденсатор, зашунтированный последовательно соединенными вторым резистором и вторым управляемым коммутатором, к общей шине, первые входы второго и третьего нуль-органов соединены с первой и второй входными шинами соответственно, а также шину "Пуски элемент ИЛИ и первый триггер, тактовый вход которого соединен с выходом второго нуль- органа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения точности измерениягв него дополнительно введены три Э-триггера, пять элементов И, инвертор, оцновибратор, генератор импульсов, двоичный реверсивный счетчик, причем шина "Пуски через одно- вибратор соединена с К-входом первого триггера и я-входом второго триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первых четырех эле1226323 Нр Иэю Н, Н а Нюи Й Н г Н зи Н Н ЮиН Фиг.2 итель С.Кабико Л.Олейник СостТехр ектор С.Черн едактор О, Голов каз 2125/ одписно митета СССР открытий ская наб графическ редприятие, г,ужгород, ул.Проектная,Производственноментов И и с О-входом третьего триггера, Б-вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, К-входс выходом четвертого нуль-органа,инверсный выход - с вторым входом пе рвого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первогокоммутатора, а прямой выходс управляющим входом второго коммутатора, вторыми входами второго, третьего, четвертого и пятого элементов Ии с тактовым входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом пятого элементаИ, а 0-вход - с тактовым входомтретьего триггера и выходом двоичного реверсивного счетчика, тактовые1суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами третьегои пятого элементов И соответственно,42 Тираж 728 В 11 ИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауша вход "Сброс" соединен с К-входом и выходом четвертого триггера, Р- вход которого соединен с выходом чет.вертого элемента И, а тактовый вход - 5 с выходом третьего нуль-органа, первым входом элемента ИЛИ и третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с Р-входом первого триггера, прямой выход которого является вторым выходом устройства, а инверсный выход соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый вход которого соединен с третьим входом пятого элемента И и выходом генератора, а пятый вход - с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим входом чет - вертого элемента И и с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом второго нуль-органа.