Цифровой вольтметр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 01 К 19/25 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ утатором 2 ульсным зуется в оту, Издва полуходным дели лем 1, коПНЧ 4 и импм 5 преоб усилителемтрансформатпропорционамерение осущ ую ему час твляется з ие котярност рых коммутатоизмеряемого26, элементыи 9,10 и 25,13 и 17тель 14у ПНЧ 4 счетч э 18 д частриг часто в циф ию, запоминаемую и инлоке 20 индикации.предела совместно свления, а также индиности и перегрузки вырямые функции. Формивместно с вычитателем ичество тных огрешВ оп няя тем сам ейности ПНЧ ары реализа итателя 24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для построения цифровых вольтметров, содержащих преобразователи напряжение - частота (ПНЧ),Целью изобретения является повышение точности эа счет снижения влияния нелинейности ПНЧ . С указаннойцелью в устройство введены формирователь 23 управляющих импульсов ивычитатель 24 . Измеряемое напряжение цикла, в тече 2 изменяет по напряжения. Г И 27, 6,7, 8, формирователи геры 5, 16 и ты преобразую ровую информа дицируемую в Блок 21 выбор блоком 22 упр катор 19 поля полняют свои п рователь 23 с 24 изменяют к пульсов, устр ность от нелин нии изобретения даны примции формирователя 23 и вИзобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться для построения цифровых вольтметров с преобразованиями напряжение -5 частота, содержащих индуктивности и варикапы.Целью изобретения является повышение точности за счет снижения влияния нелинейности преобразователя 1 О напряжение - частота.На фиг . 1 представлена функциональная схема цифрового вольтметра, на фиг2 - эпюры напряжений.15Цифровой вольтметр содержит входной делитель 1, коммутатор 2, усилитель 3 постоянного тока, преобразователь 4 напряжение - частота, импульсный трансформатор 5, три элЕ мента И 6-8, два счетчика 9 и 10, формирователь 11 импульсов опроса, четвертый формирователь 1 2 импульсов, формирователь 13 импульсов, делитель 14 частоты, два триггера 15 и25 16, формирователь 17 импульсов сбро - са, триггер 18, индикатор 19 полярности и перегрузки блок 20 индикации, блок 21 выбора пределов, блок 22 управления формирователь 23 уп равляющих импульсов, вычитатель 24, счетчик 25, генератор 26 счетных импульсов, элемент И 27.Преобразователь 4 напряжение частота включает в себя генераторы 35 28 и 29, смеситель 30, входные зажимы 31-33.Два входных зажима 31 и 32 цифро - вого вольтметра соединены с входом входного делителя 1, а его выходы 40 через коммутатор 2 соединены с входами усилителя 3 постоянного тока, выход которого соединен с вхо - дом преобразователя 4 напряжение частота, выходом связанного с первичной обмоткой импульсного трансформатора 5, вторичная обмотка которого одним выводом соединена с общей шиной, а другим - с входом индикатора 1 9 полярности и перегрузки, первыми входами элементов И 6 и 7, вторые входы которых объединены и соединены с выходом триггера 15, входом установки единицы триггера 16 и счетным входом триггера 18, прямой выход ко торого соединен с третьим входом элемента И 6, а инверсный выход триггера 18 соединен с входом установки нуля триггера 16 и третьим входом элемента И 7, своим выходом соединенного с впервым входом счетчика 10, второй вход которого соединен с вторым входом счетчика 9 и выходом элемента И 8, входы сброса счетчиков 9, 10 и 25 объединены и соединены с выходом формирователя 17 импульсов сброса, первый вход которого соединен с прямым выходом триггера 16, первым входом элемента И 8 и первым входом блока 21 выбора пределов, а второй вход формирователя 17 импульсов сброса соединен с выходом формирователя 13 импульсов и входом делителя 14 частоты, выход которого соединен с входом установки единицы триггера 15, вход установки нуля которого соединен с первым выходом счетчика 25, второй выход которого соединен с вторым входом блока 21 выбора пределов и первым входом блока 20 индикации,. второй вход которого соединен с выходом индикатора 1 9 полярности и перегрузки, а третий вход - с выходом формирователя 11 импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом счетчика 9 и вторым входом формирователя 12 импульсов, первый вход которого соединен с вторым входом формирователя 11 импульсов и выходом счетчика 10, выход формирователя 12 импульсов соединен с вторым входом элемента И 27, первый вход которого соединен с вторым входом элемента И 8 и выходом генератора 26 счетных импульсов . Выход элемента И 6 соединен с первым входом счетчика 9, выход блока 21 выбора пределов соединен с входом блока 22 управления, вход формирователя 13 импульсов соединен с входным зажимом 32.В преобразователе 4 напряжение частота входы генераторов 28 и 29 объединены и являются входом преобразователя 4 напряжение - частота, а выходы соединены с соответствующими входами смесителя 30. Выходом преобразователя 4 напряжение - частота являются выходы смесителя 30 . Выход элемента И 27 соединен с первым входом вычитателя 24, второй вход которого соединен с выходом формирователя 23 управляющих импульсов, а выход соединен с входом счетчика 25, третий выход которого соединен с входом формирователя 23 уп равляющих импульсов.Формирователь 23 управляющих импульсов в частности может содержать счетный триггер 34, выход которого соединен с первым входом эле 5 мента И 35, выход которого через формирователь 36 соединен с выходом формирователя 23 управляющих импульсов, вход которого соединен с третьими выходами счетчика 25, который представляет собой информационную шину,Вычитатель 24 может содержать счетный триггер 37, вход установки единицы которого является первым 15 входом вычитателя 24, второй вход которого соединен со счетным входом счетного триггера 37 и входом синхронизации 1 К-триггера 38, 1 в вх которого соединен с прямым выходом счетного триггера 37, вход установки единицы 1 К-триггера 38 соединен с входом установки единицы счетного триггера 37, прямой выход 1 К-тригге-ра 38 соединен с выходом вычитате ля 24.Формирователь 12 формирует импульсыЧастота - временный интервал",формирователь 13 формирует импульсы 30частоты питающей сети, триггер 15формирует импульсы Ворот", триггер16 - измерительного цикла, триггер18 формирует импульсы полуцикла. Зажим 33 соединен с шиной синхронизации частотой питающей сети.Цифровой вольтметр работает следующим образом.Измеряемое напряжение через входной делитель 1, служащий для нормализации входного напряжения, поступает на коммутатор 2. Коммутатор 2периодически изменяет полярностьвходного напряжения, которое поступает на вход усилителя 3 постоянного 45тока. С выхода усилителя 3 постоянного тока напряжение подается на преобразователь 4 напряжение - частота.При входном напряжении, равном нулю,на выходе преобразователя 4 напряже Оние - частота присутствует частотаПроцесс измерения производитсяв два полуцикла,В первый полуцикл измеряемоенапряжение подается на вход преобра 55эователя 4 напряжение - частота в одной полярности, а во второй полу- цикл - в противоположной. Повышение точности измерения достигается за счет коррекции нелинейности преобразователя 4 напряжение частота, вызванной составляющими с нечетной степенью, кроме первой, функции преобразования. На выходе смесителя 30 имеем импульсы частотой (й, + ЬГ) и (Г, - ЬГ) во время первого и второго полуциклов соответственно. Преобразование частоты импульсов с частотой Г с выхода импульсного трансформатора 5 во временной интервал происходит следующим образом. Импульсное напряжение частотой питающей сети поступает на формирователь 13 импульсов, выходные импульсы (фиг. 2 а) которого поступают на вход делителя 14 частоты формирователя 17 импульсов. Выходной сигнал делителя 14 частоты устанав - ливает в единичное состояние триггер 15 формирователя импульсов "Ворот". При этом от генератора 26 счетных импульсов через элемент И 27 и вычитатель 24 начинают поступать импульсы в счетчик 25, при полном заполнении которого на первом выходе появляется импульс, который возвращает в исходное состояние триггер 15 (момент времени 1 фиг, 2 б) . В момент времени 1 ипульсом с выхода делителя 14 частоты триггер 15 снова устанавливается в единичное состояние, а в моментвозвращается в исходное.Таким образом, на выходе триггера 15 имеются импульсы "Ворот", первый фронт которых синхронизирован сетью, а длительность определяется емкостью счетчика 25. В момент времени Т,срабатывает триггер 18 формирования импульсов полуциклов (фиг, 2 в), выходные импульсы которого управляют работой коммутатора 2 и поступают на входы элементов И 6 и 7. Сюда же поступают импульсы Ворот и импульсы частотой Г (фиг.2 е). На выходе элемента И 6 получают импульсы частотой (Г +о + АГ) во время первого полуцикла, которые поступают на счетчик 9. На выходе элемента И 7 получают импульсы частотой (Е, - А Г) во время второго полуцикла, которые поступают на счетчик 1 О, За одинаковое время, равное длительности импульсов Ворот в каждый иэ счетчиков 9 и 1 О записывается разное количество ипульсов.Импульс с выхода триггера 1 б формирования импульсов измерительного никла (фиг. 2 г, момент времени-) разрешает прохождение импульсов через элемент И 8 от генератора 26 счетных импульсов к счетчикам 9 и 10. В моментпроисходит полное заполнение счетчика 9, а в момент- счетчика 10. Формирователь 12 импульсов 10 срабатывает при заполнении счетчиков 9 и 10 и формирует интервал времени, пропорциональный величине измеряемого напряжения. На это время через элемент И 27 и вычитатель 24 в счетчик 15 25 поступает количество импульсов, проп орцион аль ное изме ряемому кап ряже - нию. Результат измерения поступает на блок 2( индикации и блок 21 выбора пределов. Кроме этого на блок 20 ин дикации поступает выходной сигнал индикатора 1 9 полярности и перегрузки и выходной сигнап формирователя 1 импульсов опроса, при помощи которых происходит индикация полярности и25 результата измерений, Блок 21 выбора пределов по коду, поступающему со счетчика 25, управляет блоком 22 управления, который включает необходимый предел измерения. В конце изме рительного цикла на выходе формирователя 17 импульсов сброса формируется импульс сброса (фиг. 2 д), который устанавливает в нулевое состояние все счетчики 9, 10 и 25. 35В первый полуцикл в счетчик 9 записывается количество импульсов И которое равно М, = (Г, + 6 Г)Т где Т, - длительность импульса Во - рот", 401Во второй полуцикл в счетчик 10 записывается количество импульсов Б которое равно Иг =(Р - Ь Г)Т,Время 1, необходимое для полного заполнения счетчика 9, С = (И-И,), где И - полная емкость счетчиков 9 и 10, Т - период следования импульсов генератора 27.50Время Т, необходимое для полного заполнения счетчика 10,- ( - И ) ТТогда Ъ 1 = 1 - 1 = (1 - 1 )1г г или Дс = 2 11 Т,ТЗа время ЬГ (иг.2 ж и з), которое пропорциональное величине измеряемого напряжения 1, в счетчик 25 должно поступить количество импуль -сов И 1, равное 11 = 2 ЬГТ.При входном напряжении П , равномконечному значению основного диапазона У, количество импульсов М = Мэ кХ МОкс оПри некотором значении входногонапряжения Пч погрешность превышаает единицу счета младшего разряда и вконечной точке шкалы при П = Ц соск ктавляет п единиц счета, При помощиформирователя 23 управляющих импульсов и вычитателя 24 из количества импульсов И к вычитается п импульсов,и в третий счетчик 25 при Ц= Ппоступает (М-и) импульсов. Вычитание импульсов производится, нач ина ясо значения 1 . Диапазон от У доУразбит на участки по количествуимпульсов. Количество импульсов накаждом участке определяется из выражения И- и/и, приэтом из количестваимпульсов Ик вычитается каждый(1 к-и/и + 1) импульс. Таким образом,путем вычитания импульсов осуществляется линеаризация функции преобразования вольтметра,Формула изобретенияЦифровой вольтметр, содержащий входной делитель, два входа которого соединены с двумя входными зажимами соответственно, а выходы делителя через коммутатор и усилитель постоянного тока соединены с входом преобразователя напряжение - частота, два выхода которого соединены с двумя выводами первичной обмотки импульсного трансформатора соответственно, один вывод вторичной обмотки которого соединен с общей шиной, а другой вывод соединен с входом индикатора полярности и перегрузки, и первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом первого триггера, входом установки единицы второго триггера и счетным входом третьего триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, инверсный выход третьего триггера соединен с входом установки нуля второго триггера и третьим входом второго элемента И,выходпервого элемента И соединен с первым входом первого счетчика, выход второго элемента И соединен с первым входом .второго счетчика, вторые входы первого и1478138 Фа. 2Составитель В. Смирно Редактор В. Бугренкова Техред А.Кравчук нь орректор 14 к а з 235 9/45 Тира НИИПИ Государственного комитета 113035, Москва, Ждписноекрытиям при ГКНд. 4/5 о изобретениям и о 35, Раушская наб Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101 второго счетчиков объединены и соединены с выходом третьего элемента И, входы сброса трех счетчиковобъединены и соединены с выходомформирователя импульсов сброса, первый вход которого соединен с прямымвыходом второго триггера и первымивходами блока выбора пределов итретьего элемента И, .второй входкотороГо соединен с выходом генератора счетных импульсов и первым входом четвертого элемента И, второйвход формирователя импульсов сбросасоединен с входом делителя частотыи выходом первого формирователя импульсов, вход которого соединен стретьим входным зажимом, выход делителя частоты соединен с входом установки единицы первого триггера, входустановки нуля которого соединен спервым выходом третьего счетчика,второй выход которого соединен спервым входом блока индикации и вторым входом блока выбора предела, выход которого соединен с входом блокауправления, выход индикатора полярности и перегрузки соединен с вторым входам блока индикации, третий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика и вторым входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый вход второго формирователя импульсов соединен с вторым входом формирователя импульсов опроса и выходом второго счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности за счет снижения влияния нелинейности преобразователя напряжение - частота, в устройство введены формирователь управляющих им пульсов и вычитатель, причем первыйвход вычитателя соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход вычитателя соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, вхо ды которого соединены с третьими выходами третьего счетчика, вход которого соединен с выходом вычитателя.