Цифровой вольтметр переменного напряжения

)5 001 819 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ. И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР 3.: дь(56) Смеляков В,В, Цифровая измериная аппаратура инфранизких часМ,:Энергия, 1975, с. 62, рис. 2.7.Горлач А.А., Минц М.Я., ЧинковЦифровая обработка сигналов. в изтельной технике. - Киев; Техника,с. 59, рис, 13. 2(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения переменного напряжения периодических сигналов, Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается введением делителя б напряжения, второго аналого-цифрового преобразователя 7, мультиплексора 10, логических элементов ИЛИ - НЕ 8, И, Кроме того, вольтметр содержит аналоговый коммутатор 1, блок 5 управления, первый аналого-цифровой преобразователь 2, вычислительный блок 3, блок 4 индикации, 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения переменного напряжения периодических сигналов, в частности, в промышленной электросети.Цель изобретения - повышение точности измерения.Нафиг.1 представлена функциональная схема цифрового вольтметра; нэ фиг,2 - функциональная схема вычислительного блока; на фиг,З - функциональная схема блока управления; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу цифрового вольтметра.Цифровой вольтметр переменного напряжения содержит аналоговый коммутатор 1, первый аналого-цифровой преобразователь 2, вычислительный блок 3, блок 4 индикации, блок 5 управления, делитель 6 напряжения, аналого-цифровой преобразователь 7, логические элементы ИЛИ - НЕ 8 и И 9 и мультиплексор 10.Вычислительный блок (фиг.2) содержит вход 11, выход 12, селекторы 13 и 14, умно- житель 15, сумматор 16, корнеизвлекатель 17, регистр 18, инвертор 19, селекторы 20 и 21, вьход 22 инвертора, входы 2329 вычислительного блока,Блок управления (фиг,З) содержит вход 30, триггерШмидта 31, генератор 32 тактовых импульсов, инвертор 33, триггеры 34 и 35, элемент 2 И 36, элемент 2 И - НЕ 37, элемент ЗИЛИ 38, элемент И 39, дифференцирующую цепь 40,счетчик 41, элемент 42 задержки, дифференцирующую цепь 43, элемент 44 задержки, ПЗУ 45, регистр 46, 2 ИЛИ 47, дифференцирующие цепи 48 и 49, элемент 2 ИЛИ 50, резистор 51, выход 52 триггера шмидта, выходы 53 и 54 триггеров, выход 55 элемента 2 И, выходы 5664 блока управления.Вход аналогового коммутатора 1 подключен к первому входу блока 5 управления и входному зажиму вольтметра, а первый вход - к входу первого аналого-цифрового преобразователя 2, Вычислительный блок 3 и блок 4 индикации соединены последовательно, Выходы блока 5 управлсния подключены к соответствующим управляющим входам первого аналого-цифрового преобразователя 2 и вычислительного блока 3, а также к первому управляющему входу аналогового коммутатора 1. Делитель 6 напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь 7 и элемент ИЛИ - НЕ 8соединены последовательно. Второй выходаналогового коммутатора 1 соединен с входом делителя 6 напряжения. Вход управления второго аналого-цифрового преобразователя 7 подключен к второму входуверхний предел последнего по сравнению с первым аналого-цифровым преобразователем 2, Данное число и определит также количество 5 старших разрядных выходов второго аналого-цифрового преобразователя 7, которые подключены к входам логического элемента ИЛИ - НЕ 8 (например, при 30 35 40 45 50 55 п=4,5=2, не принимая в учет знаковый разрядный выход, тогда элемент 8 - двухвходовый ИЛИ - НЕ),Если уровень входного сигнала не превышает масштаб первого аналого-цифрового преобразователя 2, то на двух старших разрядных выходах (не считая знакового, при п=4, 5=2) второго аналого-цифрового преобразователя 7 установлены уровни логического нуля, а .на остальных разрядных выходах код изменяется синхронно с кодом на разрядных выходах первого аналогоцифрового преобразователя 2, На выходе элемента ИЛИ - НЕ 8 присутствует уровень логической единицы. При этом на выходе мультиплексора 10 находится код преобразованного первым аналого-цифровым преобразователем 2 входного сигнала.Если уровень входного сигнала превысил масштаб первого аналого-цифрового преобразователя 2, то на двух старших разрядных выходах (при п=4, 3=2) второго преобразователя 7 появятся уровни логической единицы, что приведет к установке на выходе элемента ИЛИ - НЕ 8 уровня логического нуля, который будет передан элементом И 9 5 10 15 20 25 управления первого аналого-цифровогопреобразователя 2, Первый и второй входы мультиплексора 10 соединены с выходами первого 2 и второго 7 аналого-цифровых преобразователей соответственно, Выход мультиплексора 10 подключен к первомувходу вычислительного блока ЗПервый выход элемента ИЛИ-НЕ 8 соединен с адресным входом мультиплексора 10 и первым входом элемента И 9. Выход элемента И 9 подключен к второму управляющему входу аналогового коммутатора 1, а второй вход - к третьему выходу блока 5 управления,Цифровой вольтметр переменного напряжения работает следующим образом.Аналоговый коммутатор 1 обеспечивает коммутацию входного измеряемого сигнала с его первого выхода на вход первого аналого-цифрового преобразователя 2 и постоянное подключение сигнала с второго выхода через делитель 6 напряжения на вход второго аналого-цифрового преобразователя 7.Коэффициент передачи делителя 6 напряжения выбран так, чтобы обеспечить необходимый масштаб входного сигнала второго аналого-цифрового и реобразоваталя 7, т,е. расширить в некоторое число и раэна второй управляющий вход аналоговогокоммутатора и запретит поступление входного сигнала по первому выходу последнегона вход первого аналогового преобразователя 2. При этом на выходе мультиплексора10 установится код с разрядных выходоввторого аналого-цифрового преобразователя 7, который затем поступает на вычислительный блок 3, где при помощиуправляющих сигналов с выходов блока 5управления происходит определение значений Оск или Ос Результат измерения отображается на блоке 4 индикации,Рассмотрим работу вычислительногоблока 3 и блока 5 управления на примереопределения среднеквадратичного значения напряжения Оск.Рабочий цикл вольтметра содержит количество тактов, равное числу точек гп дискретизации входного сигнала за период.Каждый такт состоит из двух подтактов,Триггер 31 Шмидта блока 5 управленияфиксирует. момент начала периода входногоизмеряемого сигнала, который при помощипервого 34 и второго 35 О-триггеров, первого 36 и второго 39 элементов И блока 5управления синхронизируется с последовательностю опорных импульсов с выхода генератора 32 тактовых импульсов. Кромеэтого, на выходе второго элемента И 39 формируется управляющий сигнал на выходе 56для селекторов 13,14,20 и 21 вычислительного блока 3.Остальные узлы блока 5 управления работают следующим образом,По переднему фронту сигнала 55(фиг,З),т.е. в начале очередного периода Т 1, в регистр 46 переписывается код с разрядныхвыходов счетчика 41, который в течениепредыдущего периода Т 1- измерения заполнялся импульсами опорной частоты 54.Спустя некоторое время, определяемое, первым элементом 42 задержки, счетчик 41сбрасывается в нуль и затем снова заполняется для определения Т;Полученный код с выходов регистра 46поступает на адресные входы постоянногозапоминающего устройства 45, в которомхранятся коды величины 1/Т 1, передаваемые в дальнейшем по выходу 57 блока 5управления на вычислительный блок 3 дляопределения Оск.Импульсы с выхода генератора 32 тактовых импульсов используются для управления работой первым 2 и вторым 7аналого-цифровыми преобразователями,причем передним фронтом первого импульса (первый подтакт) осуществляется выборка входного измеряемого сигнала, заднимфронтом первого импульса - начало преоб разования, которое завершается выдачей кода к моменту появления заднего фронта второго импульса (второй подтакт),Для осуществления алгоритма определения Оск вычислительный блок 3 выполняет следующие действия.В начале первого подтакта 1-такта и-я точка преобразования входного сигнала, фиг.4) при появлении короткого импульса на выходе 58 во входные регистры умножителя 15 через селекторы 13 и 14 записывается код преобразованного входного напряжения предыдущей 0-1)-й точки с выхода мультиплексора 9. После перемножения, т.е. возведения в квадрат, результат переписывается через селектор 20 в один иэ входных регистров сумматора 16, при этом в другой регистр с выхода сумматора 16 через селектор 21 переносится код накопленной ранее суммы (59,60, фиг.4),В конце первого подтакта результат фиксируется в выходном регистре сумматора 16 (фиг,З, фиг,4,62). Во втором подтакте вычислительный блок производит действия только лишь в первой точке каждого периода входного сигнала, При этом, в начале его по сигналу во входные регистры умножителя 15 через селекторы 13 и 14 переписываются коды с выходов сумматора 16 и постоянного запоминающего устройства 45 блока 5 управления.После перемножения код поступает на вход корнеизвлекателя 17, затем результат фиксируется сигналом селектора в регистре 18 и передаемся. на блок 4 индикации.Кроме этого, в начале второго подтакта управляющим сигналом 23 селекторы 20 и 21 подключают к входам сумматора 16 нулевые уровни без фиксации в его входных регистрах. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Формула изобретения Цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий аналоговый коммутатор, вход которого подключен к входу блока управления и входному зажиму вольтметра, а первый выход - к входу первого аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенные вычислительный блок и блок индикации, выходы блока управления подключены к соответствующим управляющим входам первого аналого-цифрового преобразователя, вычислительного блока и к первому управляющему входу аналогового коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него ьведены последовательно соединенные делитель напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь и логический элементИЛИ-НЕ, а также мультиплексор и логический элемент И, причем второй выход аналогового коммутатора соединен с входом делителя напряжения, вход управления второго аналого-цифрового преобразователя подключен к входу управления первого аналого-цифрового преобразователя, первый и второй входы мультиплексора соединены соответственно с выходами первого и второго аналого-цифрового преобразователей, а выход мультиплексора подключен к входу вычислительного блока, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с адресным входом 5 мультиплексора и первым входом элементаИ, выход которого подключен к второму управляющему входу аналогового коммутатора, а второй вход - к соответствукнцему выходу блока управления.10Прои енно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 1395 Тираж 423 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5