Цифровой вольтметр эффективных значений

1 Щ 60532 Союз Советских Социалистических Республикб 1) Дополнительное к авт. свпд-ву22) Заявлено 17.04,76 (21) 2346283 1. Кл.а Н 03 К 13/О присоединением заявки Ме Государственный коми Совета Министров СС 23) Приоритет43) Опубликовано 30.04.78. Бюллетень М 16 3) УДК 25(088 делам изобретении и открытий ата опубликования описан, М, Фролов, И, Ф. Островский и Б. В. Султан Пензенский филиал Всесоюзного научно-исследовательског технологического института приборостроения(71 Заявитсл 54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИ Изобретение относится к области цифровойэлектроизмерительной техники,Известен вольтметр эффективных значенийна основе интегрирующих преобразователейнапряженияс квадратической характеристикой преобразования, содержащий преобразователь напряжение - код, счетчик, генераторопорного напряжения, ключи и цифровое отсчетное устройство 11. Его недостатками является низкая точность, определяемая метрологическими характеристиками интегрирующих преобразователей и низкое быстродействие, обусловленное тем, что процесс измерения состоит из нескольких циклов.Известен также цифровой вольтметр эффективных значений, содержащий входной персключатель, преобразователь напряжения в частоту, блок управления, ключи, генератор опорной частоты, преобразователь код в часто,реверсивный счетчик, счетчик, преобразователь код - напряжение и цифровое отсчетносустройство (ЦОУ), Один из сигнальных входов переключателя связан с входной клеммойприбора, а другой - с выходом преобразователя код - напряжение; выход переключателя 25подключен к входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен ссигнальными входами одного из ключей и одного из преобразователей код - частота; управляющий вход этого ключа связан с управ ляющпм входом другого ключа и подключен к выходу блока управления, два других выхода которого соединены с управляющим входом переключателя и с входом сброса счетчика соответственно; выход первого ключа соединен с управляющим входом первого преобразователя код - частота, сигнальный вход второго ключа связан с сигнальным входом первого преобразователя код - частота и с выходом генератора опорной частоты; выход этого ключа подключен к управляющему входу второго преобразователя код - частота, а выходы обои.; преобразователей код - частота соединены с разноименными входами реверсивного счетчика, выход которого, в свою очередь, связан с входом счетчнка; кодовые входы последнего соединены с управляющими входами преобразователя код - напряжение и цифрового отсчетного устройства 2. Точность такого прибора ограничивается наличием аналогового переключателя в цспи входного сигнала, метрологическими характеристиками преобразователя код - напряжение, а также погрешностью дискретности, которая нс может быть обеспечена достаточно малой в силу того, что создание высокочастотных преобразователей напряжение - частота с квадратичной характеристикой, обладающих достаточно высокими метрологическими показателями, является сложной технической за 605312-х у"7.х1 " й Т+ Т, = )" = - сопзт,50 дЭ 3дачеи, Кроме того, это устройство обладает низким быстродействием, так как процесс измерения состоит из двух циклов.Целью изобретения является повышение точности и быстродевствия устройства. Указанная цель дости 1 ается тем, что ы цифровой вольтметр эффективных значений, содержащий первый и ыторой ключи, первый и второй преобразователи код - частота, реверсивный счетчик, счетчик, цифровое отсчетное устройство и генератор опорной 1 астоты, при 1 ЕЪ 1 ВЫХОД ПЕРВ 01 О КЛ 10 х 1 а СВЯЗаи С УПРавл 511 О- щим входом первого преобразователя код - частота, выход которого соединен с входом суммирования реверсивного счетчика, сигнальный вход второго ключа подключен к выходу генератора опорной частоты, а вход цифрового о 1 счетного устройства подсоединен к выходу первого счетчика, согласно изобретени 1 о введены преобразователь напряжения в интервал времени, третий, четвертый и пятый ключи, элементы совпадения кодов, трцггср, второй счетчик и делитель частоты, причем выход преобразователя напряжения в и 1 ггЕ- вал времени соединен с управляющими входами первого и второго ключей, а вход квантования -- с выходом первого преобразователя код - частота; сигнальный вход первого преобразователя код - частота соединен с выходом первого ключа; вход делителя частонгы подключе 1 к выходу генератора опорной частоты, его первый выход соединен с тактирующим входом преобразователя напряжения в интервал Времени и с входом сброса перво 1 о преобразователя код в часто, второй выход - с сигнальным входом первого ключа и управляющим входом второго преобразователя код - :астота, а тре 1 ий выход подключен к входу сброса второго преобразовагеля код - часто- ы, к входу сброса второго счетчика, к первому раздельному входу триггера, а также к В. оду сброса первого счетчика; сигнальный вход второго преобразователя код - частота подключен к выходу генератора опорной частоты; управляющие входы элементов совпадения кодов подсоединены к параллельным выходам реверсивного счетчика и второго счетчика, а пх выход подключен к второму раздельному входу триггера, причем выход последнего подключен к управляющим входам третьего, четвертого и пятого ключей, сигнальный входы которых соединены соответственно с выходом второго преобразователя код - частота, первого преобразователя код - частота и генератора опорной частоты; выходы третьего, четвертого и пятого ключей подключены соответственно к входам вычитания реверсивного счетчика, второго счетчика и первого счетчика. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого вольтметра; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс получения информации о значении входного сигнала,10 15 20 25 30 35 40 45 фВольтметр содерж 1 п:1 реобразоыатель 1 напрюкения в интервал времени, первый ключ 2, второй кл 1 оч 3, первый преобразовагсль 4 код - частота, второй преобразователь 5 код - частота, третий кл 1 оч б, четвертый ключ 7, реыерсивный счетчик 8, элемент 9 совпадения кодов, счетчик 10, триггер 11, пятый ключ 12, цнфровое ОтСЧЕтиос уетройетВО 13, Сх 1 ЕГЧИК 14, генератор 15 опорной частоты и делитель 1 б частоты. Измеряех 1 ое напряжение подается на вход 17 преобразователя 1, зыход которого связан с управл 5 пощими входами ключей 2 и 3, а вход квантования - с выходом преобразователя 4. Выход кл 1 оча 2 соединен с управляющим входом, а выход ключа 3 - с сигнальным входом преобразователя 4, Разноименные входы счетчика 8 подсоединены к выходу преобразователя 4 и к выходу ключа б, сигнальный вход которого соединен с выходом преобразователя 5. Выход генератора 15 связан с сигнальными входами ключей 3 и 12, с сигнальным входом преобразователя 5 и с входом делителя 1 б, первый выход которо 1 о соединен с тактирующим входом преобразователя 1 и с входом сброса преобразователя 4, второй Выход - с сигнальным входом ключа 2 и с управляющим входом преобразователя 5, а трстпш выход подключен к входам сброса преобразователя 5, сче 1 чика 10 и к одному из раздельных ыходоы триггера 11, а также к входу сброса счет шка 14, Выход счетчика 14 подсоединен к входу устройства 13, а вход - к входу ключа 12. Управляющие входы элемента 9 подсоединены к параллельным выходам счетчиков 8 и 10, а его выход подключен к зторому раздельному входу три 1 ггера 11, выход которого подсоединен к управляющим входам ключей б, 7 и 12, Вход счетчика 10 связан с выходом ключа , сигнальный вход которого подключен к выходу преобразователя 4,Процесс преобразования напряжения в интервал времени описывается системой уравне- ний где с -- постоянная времени интегратора,Т - время преобразования преобразователя 1, т. е, длительность элементарного цикла преобразования цифрового вольтметра;Т, и Т, - информативные интервалы времени;У, - образцовое напряжение преобразователя 1;Ь - входное напряжение.Решение этой системы дает функцик 1 преобразования вида 7==У.УаНа время Т 1 на выходе преобразователя 1 появляется сигнал, разрешающий прохождение импульсов через ключи 2 и 3. В преобразова 5тель 4 за это время поступает количество импульсов, равноеУ х уфогде У,.- мгновенное значение входного сигнала;тт - частота следования импульсов на второл вт,тходе делителя 16.Частота нл выходе ппеобразователя 4 равнаУ 11 У, И)Т УГЕ) Т 21.= -У, " 1 о,от О П 1 О 01где Т - елткостт счетчиков преооразователя 4;5 - постоянный коэффициент деления делтттеля 16 по второму вьтходч;г. - частота генератора 6 опорной части, Тогда за время Т элементарного цикла преобразования на выходе преобразователя 4 появляется число импульсов, равноеЮ 9 л = 1 л 7 = 70= КХЗ,.11 о 1 тгстВ конце элементарного цикла преобразования импульс тактовой частоты , сбрасывает управляющий с летчик преобразователя 4 в ноль, после тего он готов к новому циклу преобразования. Длительность элементарттого преобразования Т значительно меттьше периода Т,. исслечуемого сигнала, поэтому в течение одного цикла преобразования напттятление с.т,. тт) можно полагать неизметшым. В результате сммттповантля Л 7 за время преобразования Т(для минимизации гогрешности от некратности Т, целому числу периодов У,(1), Т должтто в несколько десятков раз превытпать впемя периода входного переменного напряжения), определяемое периочом следования импульсов с третьего выхода чслцтеля частотьт 16, тт дальнейшей цттфровой обработки пол тенной суммы полтчается результат, линейно связанный с эффективттьттсл значением входного напряжсния. Накопление методической погрешности в цифровом вольтметре устраняется путем квантования, заключающегося в синхронизации выходных импульсов преобразоватгля 1 длительностью Тт со счетными (квантутощттми) импульсами на выходе преобразователя 4.Вышеописанный процесс иллюстрируется впеменными диаграммамц, представленными на с 1 ттлг. 2, где 18 - ттмпульсьт тактовотт частоты , на первом выходе делителя частоты 16;1 1 19 - импульсы частотыТТ ттт - постоянный коэффициент) на третьем выходе делителя 16, задающей время преобразования; 20 - импульсы на выходе преобплзователя 4; 21 - тттслптльсьт на вьтхоче преобразователя 5; 22 - значения кочов в реверсивном гчгтчитсе 8 (пунктттрттля линия) тт в счетчике 10 (сплошная линия); 23 - импульсы на выходе элемента 9; 24 - сигнал на выходе триггера 11.л йуО - К 1г:те- тек тпее значептте впемгтттт:15, тЛ . - . гхттсостт, гчетчтткотт ттпеобрлзовлтеля 5.Кт = - постоянный коэффициент.оЛо.В результате этого значецце кода в счетчике 10 возрастает, а текущее зцачеттие кода в реверсивном счетчике 8 убывает, В момент времени 6 коды в реверсттвом счетчике 8 и в счетчике 10 становятся равными и на выходе элемента 9 совпадения кодов появляетгя импульс, который, вызывая срлбатыванцс триггера 11, закрывает клточц 6 ц 7. Г 1 оглг этого код в счетчике 10 перестает изменяться и остается постоянным до конца цикла преобразования Т, а код в реверсивном с тетчттке 8 увелцчцвастгя за счет суммирования пачек тт.лпульсов У; продолжятощттх поступать ца его вход суммирования. В момент времецц б прцхочцт импульс частотыкоторый сбрасывает в ноль счетчики 10 и 14 ц прсобразователь 5 тт вызывает срабатываьцте триггера 11. Далее начинается следующий цикл преобр азования.Процесс изменения кода в реверсивномстетчтттсе 8 за время Тодного тцпкла преобра О зовлнття описывается системой уравнений т,т,., тК Я -д - У до Т +7,=Т= сопз 1 тп, т, т 1" К,ЬН = Уг+ УЮ= Югвт==о т т ю: т" гтта=тг,рта. - . ст Тл= КтИ. 55 Откуда бО На время Тоткрывается для прохождениятотпмльсов опорной частоты то ключ 12, и в счетчике 14 запигьтвлетгя число, пропорциональное эффективному значению входного напряжения У., тт), котор е фиксируется и обрабб, атывается устройством 13, В конце времени Пачки пмп 1.льсов .Ч с преобразовлтеля 4непрепьтвтто погтупатот ттл дхоч с.ммттповлттття реверсивного счетчика 8 В момент времени ь когда ттмп.льс тлгтотьт ; пергбрлгттттлститпттгггр 11, тес глхтттм откпывяя клточтт 6 ц 7, на вход счетчика 10 начиняют погтттлтт, пачки твтпс льсов Л,;, а ттл вхоч вттчцтянця пенс рспвного счетчика 8 поступятот тттпслтст.т лцттейно цзметтятощсйгя тлгтотьт с преобрлзовл Ю тгля 5;7Тг счетчик 14 сбрасывается импульсом , после чего оп готов к следующему циклу измерения.Таким образом, быстродействие предлагаемого вольтметра обусловлено временем Т, одного цикла преобразования вместо чвух циклов в известном устройстве.Для исклточения переходного прсгтесса, вознпкатощего в подобного рода системах прп скачкообразном изменении входного сигнала, и заключающегося в регулировании информативного времени Ть служит счетчик 14, который ооеспечивает изменение кода встречное развертке кола в реверсивном счетчике 8.Погрешность дискретности в устройстве определяется значением выходной частоты генератора 15 опорной частоты, которая может быть на несколько порядков больше максималт.но достижимой выходной частоты преобразователя ттапряжеция в частоту,Формула изобретенияЦифровой вольтметр эффективных значений, содержащий первый и второй клточи, первый и второй преобразователи кол - частота, реверсивный счетчик, первый счетчик, тттггьровое отсчетцое устройство и генератор опорной ча.тоты, причем выход первого ключа свя пн с управлятощим входом первого преобразователя код - частота, выход которого соединен с входом сухтхгт ровация реверсивного счет шк., сгггтгальттьттг в, л т Второго ключа подсоединен к выходу генератора опорной частоты, вход цифрового отс-гетного устройства подсоеЛпнен к выходу первого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности ц быстродействия, в него введены преобразователь тгапрякетттгя в интервал времени, третий, четвертый и пятый ключи, элементы совпа.ченпя колов, триггер, второй счетчик и делитель частоты, причем выход преобразователя напряжения в интервал времени соединен с управляющими входами первого и второго ключей, а вход квантования - с выходом первого преобразователя код - частота, сигнальный вход первого преобразователя код в часто соединен с выходом второго ключа, вход делителя частоты подключен к выходу генератора опорной гастотьт, а его первый выход соединен с тактирующим входом преобразователя напряже- О цця в ттгттерваст времени и с входом сбросапервого преобразователя кол - частота, второй выход соединен с сигначьным входом первого клточа и управлятощттм входом второго преобразователя код - частота, третий выход подклточсп к вхолу сброса второго преобразователя коч в гастота, к входу сброса второго с теттттка и к первому раздельному входу триггера, а также к входу сброса первого счетчика, сгтгтталт цый вход второго преобразо вателя кол - тастота подклю ген к выходу генератора опорной частоты, управляютцие входы элементов совпадения колов подсоединены к параллельным выхолам реверсивного счетчика и второго счетчика, а их выход подклю чЕН К ВтОрОМу раЗЛЕЛЬНОМу ВХОду трИГГЕра,причем выход последнего подключен к управляютпим в:олям третьего четвертого и пятого клгочей, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами второго преобра- ЗО зователя коч - частота, первого преобразова.теля код -частота и генератора опорной чато,т, птпт этом вт.тхо; ы третьего, четвертогои пятого ключей подключены соответственно к входам вычитания реверсивного счетчика, 35 второго счетгттка и первого стетчттка.Истоттцгктт ттттфо 1)мании,принятые цо внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 367389,ц) кл. 6 01 Я 19/26, 1971,2. Авторское свидетельство СССР М 94701,кл. Сг 01 К 13/02, 1973.605312 7(п иЧу Гп(тигле Фиг, 2 Редактор А. Громов Заказ 592/15 Изд. ЛЪ 412 Тираж 1087 Подписное НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4,5