Цифровой интегрирующий вольтметр

)4 С 01 К 192 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР ЕН ЛЬСТВ ТОРСНОМУ СВ техническиикого комсомола ОЛЬТИ го интегрирующего сохранении высокоиния сетевой помехния зависимости рот параметров элем Ю Р(57) Изобретение орительной техникепользовано для измких величин в услоня сетевой помехи.является повышение носится к изме- может быть исрения электричесиях высокого уров- Целью изобретения точности цифровоольтметра при степени .подавлеза счет исключеультата измерения нтов интегрирующих цепей. Устройство содержит входную клемму 1 измеряемого напряженияО, МОП-ключи 2 и 3, интегратор (например, на опера,1 ионном усилителе 8,конденсаторе 9) нуль-орган 10, источник 11 опорного напряжения, триггеры 12 и 13, генератор 14 тактовыхимпульсов, схемы И 15 и 16, счетчики17 и 18, токозадающий резистор 6.Для достижения поставленной цели вустройство введены МОП-ключи 4 и 5,токозадающий резистор 7, схемыИЛИ 19, 20 и образованы новые функциональные связи. В вольтметре исключена зависимость результата измерения от параметров сопротивлений, используемых в схеме. Погрешность результата измерения зависит толькоот погрешности источника опорногонапряжения. 2 ил.71 2ра 12 соединен с первым входом схемыИ 15, второй вход которой соединенс выходом генератора 14 тактовых импульсов и первым входом схемы И 16,второй вход которой подключен квыходу триггера 13, первым входамсхем ИЛИ 19 и 20 и управляющему входу источника 11 опорного напряжения,выходы схем И 15 и 16 соединены соответственно с входами счетчиков 17и 18, первый выход счетчика 17 соединен с управляющим входом МОП-ключа 2,второй выход - с вторым входом схемИЛИ 19, третий выход - с управляющимвходом МОП-ключа 4, четвертый выход - с .вторым входом схемы ИЛИ 20выходы схем ИЛИ 19 и 20 подключенысоответственно к управляющим входамМОП-ключей 3 и 5.Цифровой интегрирующий вольтметрработает по методу двухтактного интегрирования со смещенным нулем,модифицированного введением ступенчатой весовой функции. Причем времяпервого (прямого) такта интегрирования составляет 3/2 периода Т сетевого напряжения,12986 Цифровой интегрирующий вольтметр 30 (фиг. 1) содержит входную клемму 1 измеряемого напряжения У, МОП-ключи 2-5, токозадающие резисторы 6 и 7, интегратор (например, на операционном усилителе 8 и конденсаторе 935 обратной связи), нуль-орган 10, источник 11 опорного напряжения (П ), триггеры 12 и 13, генератор 14 тактовых импульсов, схемы И 15 и 16, счетчики 17 и 18, схемы ИЛИ 19 и 20. щ Вход(й клемма 1 измеряемого напряжения Б соединена с входами МОП-ключей 2 и 4, а выход источника 11 опорного напряжения подключен квходам МОП-ключей 3 и 5, выходы МОП-ключей 45 2 и 5 соединены с первым выводом токозадающего резистора 6, а выходы МОП-ключей 3 и 4 - с первым выводом токозадающего резистора 7, вторые выводы токозадающих резисторов 6 и 7 50 подключены к входам интегратора, выход интегратора соединен с входом нуль-органа 10, выход которого подключен к сбросовому входу триггера 13, установочный вход последнего сое динен с выходом переполнения счетчика 17 и сбросовым входом триггера 12, установочньгй вход которого под-. ключен к клемме "Пуск", выход триггеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения электрическихвеличин в условиях высокого уровнясетевой помехи. 5Цель изобретения - повышение точности цифрового интегрирующего вольтметра при сохранении высокой степениподавления сетевой помехи за счет исключения зависимости результата измерения от параметров элементов интегРирующих цепей,На фиг, 1 приведена функциональная схема цифрового интегрирующеговольтметра; на Фиг. 2 - временныедиаграммы, поясняющие работу вольтметра.На диаграммах (фиг2) показанысетевое напряжение (а), весоваяфункция, реализуемая вольтметром (8), 20напряжения на выходе интеграторапри измерении нулевого (1), положительного (11) и отрицательного (111)напряжений (5), временной интервал,пропорциональный положительному из-,25меряемому напряжению (2), временнойинтервал, пропорциональный отрицательному измеряемому напряжениюИзмерение начинается с приходом сигнала "Пуск", который опрокидывает триггер 12 Выход последнего открывает схему И 15, через которую на вход счетчика 17 поступают тактовые импульсы генератора 14. С приходом первого тактового импульса на первом и втором выходах счетчика 17 появляется единичный уровень, который приводит к замыканию МОП-ключей 2 и 3. Такое состояние подерживаается на протяжении временного интервала 0-Т/2 (Фиг. 2). В этом интервале происходит интегрирование измеряемого напряжения с постоянной времени интегрирования, равной К С , и опорного напряжения с постоянной - К С. Во временном интервале Т/2 - Т счетчик 17 устанавливает единичные уровни на своих первом и третьем выхо" даь, что приводит к замыканию МОП- ключей 2 и 4. В этом интервале осуществляется интегрирование измеряемого напряжения с постоянной времени (К 6 И К)С, т.е. с постоянной времени интегрирования, уменьшенной вдвое по сравнению с первым интервалом в случае равенства сойротивлении3ф Сэ - значения сопротивлений и емкости соответственно резисторов 6 и 7 и1298671 Тде+ - П,де+1о У 3+ К БдЕ+17 9т тт т+т1Т (1) где Т - время второго такта интегрирования (разряда интегратора) .Иэ выражения (1) непосредственноследует 6 т 9ряд интегратора продолжается до дос- (2)о Т 2тижения выходным напряжением интегт.е. измеряемое напряжение равно нулю при Т, равном Т/2, -Б /2 при Т=О; +Б /2 при Т=Т.Измеряемое напряжение Б не зависит от погрешностей сопротивлений и емкости интегратора, так как последние не входят в выражение (2). На точность измерения не влияют и погрешности временных интервалов Т и Т, так как оба эти интервала определяются частотой одного генератора тактовых импульсов. Погрешность измерения напряжения зависит только от погрешности источника опорного напряжения П.В вольтметре исключена зависимость результата измерения от параметров сопротивлений, используемых в схеме. Погрешность результата иэ" мерения зависит только от погрешности источника опорного напряжения. В предлагаемом вольтметре расчетный коэффициент подавления сетевой помехи составляет 128 дБ, а время прямого интегрирования равно 1,5 периодам сетевого напряжения, что приводит к уменьшению времени измерения.Повышение точности измерения напряжения, представляющего собой инконденсатора 9. Во временном интервале Т - ЗТ/2 счетчик 17 устанавливает едини )ные уровни на своих третьем и четвертом выходах, замыкаются МОП-ключи 4 и 5. Это приводит к интегрированию измеряемого напряжения с постоянной времени К Сэ и опорного ,напряжения с постоянной К 6 С 9. В момент времени, равный ЗТ/2, происходит переполнение счетчика. На его пер вом - четвертом выходах устанавливаются нулевые уровни напряжения, а на выходе переполнения появляется пусковой перепад, опрокидывающий триггер 13 и возвращающий в исходное 15 состояние триггер 12. Возврат триггера 12 в исходное состояние прекраЮает подачу тактовых импульсов на ;счетчик 17, Выходной сигнал триггера 13 переключает полярность ис точника опорного напряжения на противоположную, замыкает МОП-ключи 3 и 5 и открывает схему И 16 для прохождения тактовых (счетных) импульсов на счетчик 18.Начинается разряд интегратора с постоянной времени (К Ц К )С , Разратора исходного уровня, Этот момент З 0 фиксируется нуль-органом 10, который. своим выходным сигналом возвращает триггер 13 в исходное состояние. Возврат триггера 13 приводит к размыканию МОП-ключей, переключению поляр ности источника опорного напряжения и закрытию схемы И 1 б для прохождения счетных импульсов на счетчик 18. Число, записанное в счетчике 18, пропорционально измеряемому напряжению. Счетчик 18 является реверсивным счетчиком, находящимся в р"жге вычитания от момента начала счета до достижения своего нулевого состояния и в режиме сложения после перехода че рез нулевое состояние, Емкость счетчика выбрана из условия совпадения .момента возврата выходного напряжения интегратора в исходное состояние при нулевом измеряемом напряжении (фиг. 2 в, Т) с переходом счетчика в нулевое состояние. .Тогда при измерении положительных напряжений (фиг, 2 в, 11) возврат интегратора в исходное состояние наступает до перехода счетчика в нулевое состояние, а при измерении отрицательных напряжений (фиг. 2 в, Т 11) - после этого перехода. Временные интервалы, пропорциональные измеряемым положительному и отрицательному напряжениям, представлены соответственно на фнг. 2 г, д.Процесс интегрирующего преобразования, реализуемого предлагаемым вольтметром, для постоянного измеряемого напряжения беэ учета помехи представляется следующим выражением:т тформативный параметр дистанционнорасположенного объекта контроля, атакже уменьшение времени измерениянаходятся в прямой зависимости сповышением безопасности проведенияработ на контролируемом объекте ипрчводят практически к устранениювозможности возникновения аварийныхситуаций.ЮФормула изобретения Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий входную клемму измеряемого напряжения, два МОП-ключа, интег ратор, токозадающий резистор, нуль- орган, источник опорного напряжения, два триггера, генератор тактовых импульсов, две схемы И, два счетчика и клемму "Пуск", причем выход источ ника опорного напряжения подключен к входу первого МОП-ключа, выход которого соединен с первым выводом токозадающего резистора, а второй вывод токозадающего резистора подключен к первому входу интегратора, выход которого соединен с входом нуль- органа, выход нуль-органа соединен со сбросовым входом первого триггера, установочный вход которого под- ЗО ключен к выходу переполнения первого счетчика и сбросовому входу второго триггера, установочный вход второго триггера соединен с клеммой "Пуск", а выход - с первым входом первой схе мы И, второй вход которой подключен к выходу генератора тактовых импульсов и первому входу второй схемы И, выход первого триггера соединен с вторым входом второй схемы И, выход которой подключен к входу второго счетчика, а выход первой схемы И подключен к входу первого счетчика,а о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппеФйя точности, в него введены третий и четвертый МОП-ключи, второй токозадающий резистор и две схемы ИЛИ, причем входная клемма измеряемого напряжения соединена с входами второго и третьего МОП-ключей, выход источника опорного напряжения соединен с входом четвертого МОП-ключа, выходы второго и четвертого МОП- ключей соединены с первым выводом второго токозадающего резистора, второй вывод которого подключен к второму входу интегратора, выход третьего МОП-ключа соединен с выходом первого МОП-ключа, выход первого триггера соединен с первыми входами схем ИЛИ и управляющим входом источника опорного напряжения, первый выход первого счетчика соединен с управляющим входом второго МОП-ключа, второй выход подключен к второму входу первой схемы ИЛИ, третий выход - к управляющему входу третьего МОП- ключа, четвертый выход - к второму входу второй схемы ИЛИ, выходы перв вой и второй схем ИЛИ соединены соответственно с управляющими входами первого и четвертого МОП-ключей,