Интегрирующий цифровой вольтметр

Союз Советских Социалистических Республик. Баран 71) Заявитель восибирскии электротехнический институт 54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТ ельной тех. точных из- азователей Изобретение отйосится к измеритнике и может использоваться примерениях с использованием преобрнапряжение - частота.Известно устройство, содержащее преобразователь напряжение - частота, входной переключатель, реверсивный счетчик, элемент И, ;блок задания интервалов времени, причем вход преобразователя соединен с общим контактом переключателя, два других контакта которого соединены соответственно с источником измеряемого напряжения и общей шиной устройства 11.В известном устройстве нестабильность крутизны преобразователя приводит к появлению погрешности, а процесс измерения не является адаптивным по отношению к условиям измерения, вызывающим изменение характеристик преобразователя.Известно также устройство, содержащее преобразователь напряжения в частоту, формирователь, схему совпадения, реверсивный счетчик, регистр памяти, преобразователь код в сопротивлен, переключатели 2.Однако это устройство сложно, так как содержит прецезионный преобразователь код - сопротивление, точность изготовления которого определяет, в основном, точность измерений. Кроме того, устройство не является адаптивным, время измерения сравнительно велико и не зависит от значения измеряемого напряжения,Известен интегрирующий цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряже 5 ния в частоту, задающий генератор, источникобразцового напряжения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделениянуля, входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, причем10 вход преобразователя напряжения в частотусоединен с общим контактом входного переключателя, три других контакта которого соединены соответственно с входной клеммойвольтметра, источником образцового напряже 15 ния и общей шиной, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входовпервого элемента И, а выход задающего гене 20 ратора соединен с одним из входов второгоэлемента И 3.Однако известное устройство имеет малуюточность измерения,С целью повышения точности измерений в25 него введены второй и третий реверсивныесчетчики, два переключателя режима работы,третий элемент И и блок управления, причемвходы сложения и вычитания всех реверсивных счетчиков соединены с коммутируемыми30 контактами соответствующих переключателейльт метр режима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения нуля, выходы схем выделения нуля соединены со входами блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам всех элементов И, входного переключателя, переключателей режима работы и блока индикации.Кроме того, для обеспечения заданной точности измерения, он содержит схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задания погрешности измерения, а выход подключен ко входу блока управления.На чертеже изображена функциональная схема цифрового вольтметра.Интегрирующий цифровой вольтметр состоит из входного переключателя 1, общий контакт которого соединен с входом преобразователя 2 напряжения в частоту, а коммутируемые контакты входного переключателя 1 соединены соответственно с входной клеммой 3 вольтметра, выходом источника 4 образцового напряжения и общей шиной 5 устройства. Первый вход первого элемента И 6 подключен к выходу преобразователя 2 напряжения в частоту, а первые входы второго и третьего элементов И 7 и 8 подключены к выходу задающего генератора 9. Выходы первого, второго и третьего элементов И 6 8 соединены соответственно с общими контактами первого, второго и третьего переключателей 10 12 ре има работы, коммутируемые контакты каждого из которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 13 15. Выход первого реверсивного счетчика 13 подсоединен к входу первой схемы 16 выделения нуля и первому входу схемы 17 сравнения, второй вход которой подключен к клемме 18 задания погрешности измерения. Выход второго реверсивного счетчика 14 соединен с входом второй схемы 19 выделения нуля, а выход третьего реверсивного счетчика 15 с первым входом блока 20 индикации. Выходы первой и второй схем 1 б и 19 выделения нуля, а также выход схемы 17 сравнения подключены к соответствующим входам блока 21 управления, выходы которого подключены соответственно ко вторым входам элементов И 6, 7 и 8 и управляющим входам входного переключателя 1, переключателей 10 12 режима работы и блока 20 индикации,Интегрирующий цифровой во работает следующим образом.В первый такт измерений входной переключатель 1 установлен в положение, при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к входной клемме 3 вольтметра, а переключатели 10 и 11 в положения, прнкоторых выходы первого и второго элементов И 6 и 7 подключены к входам сложения первого н второго реверснвных счетчиков 13 и 14 соответственно. Первый и второй элементы И 6 и 7 открыты.Частота импульсов на выходе преобразователя напряжения в частоту равнай КР+д) де К У ЗО Импульс переполнения второго реверсивного счетчика 14 является сигналом окончания первого такта измерения, по нему срабатывает вторая схема 19 выделения нуля, при этом блок 21 управления закрывает элементы И 6 и 7 и переводит входной переключатель 1 в положение, при котором соединяется выход источника 4 образцового напряжения с входом преобразователя 2 напряжения в частоту, переключатель 10 в положение коммутации выхода элемента И 6 с входом вычитания реверсивного счетчика 13, а переключатели 11 и 12 режимов работы в положение коммутации выходов элементов И 7 и 8 с входами сложения реверсивных счетчиков 14 и 15 соответственно. В реверсивном счетчике 13 к концу первого такта записывается число, равное Т,+ д) Во второмб 8, квхо источник об Импульсы тотой, равн крыты все элазователя 2 подна пряжения.преобразовател такте у прео азцово с выхо ой ементы лючен 5с д)ряжение источник ряжения, 6 и переключатель рсивного счетчика которое накопится где /о образцовое напобразцового нап поступают через элемент И 10 на вход вычитания рев 13 в течение времени Т, за У,=Ж, импульсов, где,Т, КТО Уд 1 О г крутизна преобразования; измеряемое напряжение на клемме 3; Уд приведенное ко входу значение напряжения дрейфа нуля преобразо вателя 2.Импульсы частотой 1 с выхода преобразователя 2 через первый элемент И 6 и переключатель 10 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 13. Длительность пер вого такта измерения Т, задается генератором 9, импульсы которого через второй элемент И 7 и второй переключатель 11 поступают на вход сложения второго реверсивного счетчика 14. Емкость последнего, равная Ж, выбирается 25 такой, что время от начала заполнения этого счетчика 14 импульсами задающего генератора 9 частотой, равной о, до переполнения счетчика 14 кратно периоду помехи и равноФ-1 Г 2 ф о + лШ: Г 24 Д При этом код в счетчике 13 становится равным нулю, срабатывает схема 16 выделения нуля, что является сигналом окончания такта. Интервал времени Т, измеряется с помощью реверсивных счетчиков 14 и 15 и задающего генератора 9, импульсы с выхода которого через элементы И 7, 8 и переключатели 11, 12 соответственно поступают на входы сложения этих счетчиков. Код результата измерения интервала времени Тп, равного Т =д Т 2 0 о+ д Уо о+ д получается в счетчиках 14 и 15, равено+ д и является первым приближением к искомому результату измерения, который должен быть получен при использовании идеального преобразователя 2 с нулевым дрейфом и равен Погрешность первого приближения М. равна,ЬЮ 2 - ИХ Ю 2 - ОТ 1Уо о+ д В третьем такте блок 21 открывает элементы И 6 и 7, закрывает элемент И 8, устанавливает переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с обшей шиной 5, а переключатели 10 и 11 - в положение коммутации выходов элементов И 6, 7 со входами сложения реверсивных счетчиков 13, 14 соответственно.Импульсы с выхода поеобразователя 2 с частотой, равной 2=КЬд, через элемент И 6 и переключатель 10 в течение времени Т,=Т, - Т. поступают на вход сложения счетчика 13. Интервал времени То задается счетчиком 14 от начала его заполнения импульсами задающего генератора 9 через элемент И 7 до момента пепеполнения этого счетчика. Импульс переполнения является сигналом окончания третьего цикла, по которому срабатывает схема 19 выделения нуля и блок 21 управления закрывает элементы И 6, 7, В счетчике 13 к концу тпетьего такта оказывается записанным число Л., равное В четвертом такте блок 21 открывает все элементы И 6 - 8 и устанавливает переключатели 1, 10 - 12 в такие положения, при которых напряжение с источника 4 образцового напряжения поступает на вход преобразователя 2, выход элемента И 6 соединен с входом вычитания реверсивного счетчика 13, выход элемента И 7 - с входом сложения счет 40 45 50 дЭ 60 65 чика 14, а выход элемента И 8 - с входом вычитания счетчика 15,Импульсы с частотой , поступают с выхода преобразователя 2 через элемент И 6 на вход вычитания реверсивного счетчика 13 до тех пор, пока код в нем не станет равным нулю и не сработает схема 16 выделения нуля, при этом число импульсов, поступающих от преобразователя 2 в четвертом такте, равноИ,=,Т,=КТ,и,+и,) =гЧ,=Ко,Х а длительность четвертого такта равна Эта длительность измеряется счетчиком 14, на который (как и на счетчик 15) поступают импульсы задающего генератора 9. Результат измерения интервала Т, содержится в счетчике 14, а в реверсивном счетчике 15 к концу четвертого такта записывается код разности длительностей второго и четвертого тактов, равный и представляющий собой скорректированный результат измерения, погрешность которого ЛЧ,4 меньше погрешности результата измерения полученного во втором такте в лт раз при этом При выборе величины напряжения Уо источника образцового напряжения много больше, чем напряжение дрейфа нуля преобразователя 2 - Сд, можно получить существенное повышение точности измерения.Дальнейшее снижение погрешности достигается последующей коррекцией результата измерения.Для этого в пятом такте б,пок 21 открывает элементы И 6, 7, преобразователь 2 подключается через переключатель 1 к общей шине 5, элемент И 6 подключается к входу сложения реверсивного счетчика 13 через переключатель 10, а элемент И 7 - к входу вычитания реверсивного счетчика 14. Импульсы с выхода преобразователя 2 частотойчерез элемент И 6 поступают на вход сложения счетчика 13 в течение времени, равного длительности четвертого такта. Время счета задается счетчиком 14, на который через элемент И 7 и переключатель 11 поступают импульсы задающего генератора 9 до момента установки счетчика 14 в нуль, прп этом схема 19 выделения нуля срабатывает и блок 21 закрывает все элементы И 6 - 8.Число импульсов, поступающих в счетчик 13 в течение пятого такта, равноц 2ж, = кцт.=к - " ц; - ц,)Уо (ЕУо + С)2 5Затем в шестом такте блок 21 переводит переключатель 1 в положение коммутации входа преобразователя 2 с выходом источника образцового напряжения, переключатели 10 и 12 - в положение, обеспечивающее по 10 ступление импульсов на входы вычитания реверсивных счетчиков 13 и 15 соответственно, а переключатель 11 - в положение, обеспечивающее поступление импульсов на вход сложения реверсивного счетчика 14, Образцовое напряжение поступает с источника образцового напряжения на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, с выхода которого импульсы с частотой 2 через элемент И 6 и переключатель 10 режима работы подаются навход вычитания счетчика 13 до тех пор, пока от преобразователя 2 не поступит то же число импульсов, что и в пятом такте, то есть пока код в счетчике 13 не станет равным нулю и сработает схема 16 выделения нуля.Число импульсов, поступающих в счетчик 13 за время То - длительность шестого такта, равноЮо = 17 о = К(Уо +У ЭГо - Чо Зопри длительности шестого такта, равной2т, = - "7, - Ц)35В счетчик 15, на вычитающий вход которого импульсы задающего генератора 9 посту-. пают через элемент И 8 и переключатель 12, к концу шестого такта записывается код разности длительностей второго и суммы дли тельностей четвертого и шестого тактов.Результат, полученный в счетчике 15, отличается от искомого результата измерения на число ЛУ 2 о, являющееся абсолютной погрешностью измерения, и равное 45цЗДУ У Я 2 о%о+ 7 д)Уменьшение погрешности измерения в шестом такте по сравнению с погрешностью из мерения, полученной во втором такте, равнот===тЛЮ у.уЛ 26 УлПроцесс коррекции может быть продолжен, 55 для чего в каждом последующем нечетном такте проводят те же операции, что и в пятом такте, причем длительность нечетного такта равна длительности предыдущего четного такта, а в каждом последующем четном такте 60 проводят те же операции, что и в шестом такте. После каждых двух тактов коррекции погрешность измерения уменьшается в т раз, и при этом уменьшается и длительность каждого такта, в результате при любом числе так- б 5 тов коррекции общее время измерения не превышает 4 Т,.Для достижения требуемой точности измерения проводится такое количество тактов коррекции, чтобы в очередном нечетном такте в счетчик 13 поступило не более, чем заданное число импульсов. Схема 17 сравнения сравнивает код в счетчике 13 с заданным числом, при этом если код в счетчике 13 больше заданного, то дается команда на продолжение коррекции, в противном случае схема 11 сравнения срабатывает, блок 21 останавливает процесс измерения и разрешает индикацию результата в блоке 20 индикации,Формула изобретения1. Интегрирующий цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, задающий генератор, источник образцового напряжения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, причем вход преобразователя напряжения в частоту соединен с общим контактом входного переключателя, три других контакта которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напряжения и общей шиной, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задающего генератора соединен с одним нз входов второго элемента И, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, два переключателя режима работы, третий элемент И и блок управления, причем входы сложения и вычитания всех реверсивных счетчиков соединены с коммутируемыми контактами соответствующих переключателей режима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделения нуля, выходы схем выделения нуля соединены с входами блока управления, а выходы блока управления подключены к управляющим входам всех элементов И, входного переключателя, переключателей режима работы н блока индикации.2. Вольтметр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения заданной точности измерения, он содержит схему сравнения, один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задания погрешности измерения, а выход подключен ко входу блока управления.Источники информации, принятые во вни. мание при проведении экспертизы изобрете. нпя:550763 102. Лвторское свидетельство СССР Мо 375566,М. Кл. Ст 01 К 19/26, опубл. 01.02.1971 г.3. Авторское свидетельство СССР Мз 317081,М. Кл. Н ОЗК 13/20, опубл, 24.12.1969 г,Составитель Н. БариноваРедактор Т. Янова Техред Л. Гладкова Корректор О. Тюрина Изд.265 ПИ Государственного комитет по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РауЗаказ 611/1 ПодписноеСР ография, пр. Сапунова, 2 1. Ю. Л. Скрипник Коммутационные методы повышения точности цифровых интегрирующих приборов, Приборостроение, Мз 5, ,1968 г,Тираж 1054Совета Министровоткрытийская наб., д. 4/5