Способ измерения постоянных напряжений и устройство для его осуществления

(23) Приоритетпа делам иэебретений и открытийОпубл икова но 30.06.80. Бюллетень Рй 24Дата опубликования описания 02.07,80(7 Заявитель Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к информационно-измерительной технике.Известен способ измерения постоянных напряжений, основанный на промежуточном преобразовании во временной интервал, за счет интегрирования опорного напряжения до момента достижения проинтегрированным напряжением измеряемого напряжения с последующим преобразованиемегов код путем заполнения импульсами образ 1 О новой частоты. Устройство для осуществления способа содержит йсточник опорного напряхсения, ключи, интегратор, устройство установки начального значения, компаратор, устройство сравнения, блок управле 15 ния, генератор импульсов образцовой частоты, схему И и счетчик Ц .Недостатком способа и устройства для его осуществления являются отсутствие помехозащищениостии низкая точность20 преобразования.Известен способ измерения постоянных напряжений, основанный на промежуточном преобразовании во временной интервал,2за счет интегрирования измеряемого постоянного напряжения в течение интервала времениравного целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и последующего интегрирования опорного напряжения, полчрность которого противоположна полярности входного, с последующим преобразованием временного интервала в код путем заполнения импульсами образцовой частоты Я, Устройство для его осуществления,содержит источчик опорного напряжен ия, выход которого соединен с первым входом первого хлюча, второй вход которого через блок формирования периода интегрирования опорного напряжения соединен с выходами компаратора и устройства сравнения, первые входы которых через интегратор связаны с выходами первого и второго ключей, вход второго ключа через последовательно соединенные устройство формирования периода интегрирования измеряемого напряжения и генератор импульсов образцовой частоты, которые образуют блок управления, соединен с первым входом счео 3 7449 чика, выход генератора импульсов Образцовой частоты подключен к п 8 рВОму вхо ду элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого ключа, а выход - со вторым входом счетчика 3 .Недостатком способа и устройства для его осуществления, являются низкое быстродействие и низкая точность измерения постоянных напряжений.Цель изобретения - увеличение быстро действия и повышение точности измерения постоянных напряжений.Поставленная цель достигается тем,что при способе измерения постоянных наарянсений, основанном на промежуточном преобразовании во временной интервал, за счет интегрирования измеряемого постоянного напряжения в течении интервала времени, равного целому числу периодов сиг нала помехи переменного тока, и пнтегри 2 О рования опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности вмеряемого, с последующим преобразованием его в код путем заполнения импульсами образцовой частоты, интегрирование опор ного напряжения начинают в момент достижения проинтегрироважым измеряемым постоянным напряжением развертывающегося во времени напряжения, изменяющегося по формуле: 3 О где 1 - текущее время;Т - интервал времени, равный целому числу периодов сигнала помехи переменного тока:Ц-о - опорное напряжение;т - постоянная времени интегрироваНИЯ. 4 ОВ устройство для осуществления способа, содержащее источник опорного напряжения, два ключа, интегратор компаратор, устройство сравнения, блок управления, содержащий устройство формирования пер. 45 риода интегрирования измеряемого напряжения и генератор импульсов образцовой частоты, блок формирования периода интегрирования опорного напряжения, элемент И и счетчик, введены дополнительный ключ 5 О и формирователь развертывающегося во времени напряжения, состоящий из двух дополнительных интеграторов и суммирую:щего устройства, прйчем первый вход дс полнительного ключа соединен с выходом 55 источника опорного напряжения, второй вход - со входом второго ключа, а выход . Со НХОДОМ ПОСЛ 8 ДОВательно СОеднненных 78 фдополнительных интеграторов, выходы когорых подключены к входам суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения,Временная диаграмма, поясняющая прин-. цип действиЯ способа измерения постОЯн ных напряжений, представлена на фиг. 1, Структурная 8 л 8 ктрич 8 скаЯ схема устрой ства приведена па фиг. 2. Временная диеграмма получения развертывающегося во времени постоянного напряжения приведена на фиг. 3.На фиг. 1 изображено развертывающееся во времени напряжение 1,изменяощееся по формуле проинтегрированное напряжение 2; времяинтегрирования измеряемого постоянногонапряжения 3; время интегрирования опорного напряжения 4,Устройство, приведенное на фиг. 3, содержит интегратор 5, построенный на операционном усилителе с емкостной обратной связью, ключи 6 и 7 для подключенияк шине 8 измеряемого постоянного йапряаения, источник 9 опорного напряжения,ключ 1 О, подающий опорное напряжение навход формирователя 11 развертывающегосяво времени напряжения, состоящего из последовательно соединенных интеграторов12 и 13 и суммируощего устройства 14,устройство 15 сравнения, блок 16 управпения с устройством 17 формирования периода интегрирования измеряемого напряжения и генератором 18 импульсов образцовой частоты, блок 19 формирования периода интегрирования опорного напряжения,компаратор 20, шина "Старт" 21, шина"Стоп" 22, элемент И 23 и счетчик 24,с выхода которого снимается результатизмерения - цифровой код.На фиг, 3 изображены: 25 - напряжение на выходе интегратора 12; 26 - напряжение на выходе интегратора 13; 27 -напряжение на выходе суммирующего устройства,Принцип действия способа измерения постоянных напряжений происходит в два такта, В течение первого такта происходятинтегрирование измеряемого постоянногонапряжения и развертывание во временинапряжения 1. В момент времени Ф придостижении цроинтегрированным измеряемым напряжением 2 развертывающегосяво времени напряжения 1 заканчиваетсяпервый такт,2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее источник опор ного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого через блок формирования периода интегрирования опорного напряжения соединен с выходами компаратора и устройства сравнения, первые входы которых через интегратор соединены с выходами первого и второго ключей, вход второго ключа через последовательно соединенные устройство формирования периода интегрирования измеряемого напряжения и генератор импульсов образцовой частоты, которые образуют блок управления, соединен с первым входом счетчика, выход генератора импульсов образцовой частоты соединен с первым входом элемента Во время второго такта происходит интегрирование измеряемого постоянного напряжения и опорного напряжения, полярность которого противоположна полярностиизмеряемого, Второй такт заканчиваетсяпри равенстве проинтегрированных напряжений в первом и втором тактах,Время цикла измерения определяетсядлительностью первого и второго тактов,т.е. временем, в течение которого интеррировалось измеряемое постоянное напря-..кение 3.Работа устройства для осуществленияспособа происходит в два такта следующимобразом. 15При поступлении на шину 21 "старт"импульса сбрасываетсяв нуль счетчик 24и запускается генератор 18. Импульсы образцовой частоты поступают в устройство17, которое формирует интервал времени 20длительностью Т, равный целому числу периодов сигнала помехи переменного тока.В результате этого измеряемое напряжениечерез ключ 6 поступает на вход интегратора 5 и опорное напряжение источника 9 25через ключ 10 на вход формирователя 11,т.е, на вход интегратора 12. Выходное напряжение 25 и 26 суммируются, образуянапряжение 27,Первый такт заканчивается, когда выходное напряжение интегратора 5 достигнетнапряжения 27 на выходе формирователя11. В этот момент устройство 15 вырабатывает импульс, по сигналу которогоблок 19 через ключ 7 подключает к входу 35интегратора 5 опорное напряжение источника 9, Происходит совместное интегрирование измеряемого и опорного напряжений, Второй такт заканчивается при получении на шине 22 компаратора 20 "стоп импульса, по сигналу которого блок 1 9 отключает опорное напряжение от входа интегратора 5. В это же время отключаютсяизмеряемое напряжение от входа интегратора 5 и опорное напряжение от входа формирователя 11, время первого и второготактов равно времени интегрирования измеряемого напряжения. Во время интегрирования опорного напряжения импульсы генератора 18 через элемент И 23 поступали 50на счетчик 24, в результате чего на выходах счетчика сформировался цифровойкод, прямопропорциональный измеряемомунапряжению.Способ измерения постоянных нацряже 55ний и устройство для его осуществленияпозволяют снизить время измерения довеличины, равной целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и уменьшить аддитивную погрешность, вызваннуюдрейфом нуля усилителей постоянного тока,используемых в интеграторе и сравнивающих устройствах при практической реализации способа. формула изобретения 1. Способ измерения постоянных напряжений, основанный на промежуточном преобразовании во временной интервал; за счет интегрирования измеряемого постоянного напряжения в течение интервала вре мени, равного целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и интегрирования опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности измеряемого, с последующим преобразованием его в код путем заполнения импульсами образцовой частоты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения быстро действия и повышения точности измерения постоянных напряжений, интегрирование опорного напряжения начинают в момент достижения проинтегрированным измеряемым постоянным напряжением развертывающегося во времени напряжения где Ф - текущее время;Т - интервал времени, равный целому числу периодов сигнала помехи переменного тока;Ц - опорное напряжение;Ф 1- постоянная времени интегрирования.7 7 И, второй вход которого соединен со вторым входом первого ключа, а выход соединен со вторым входом счетчика, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что введены дополнительный ключ и формирователь развертывающегося во времени напряжения, состоящий иэ двух дополнительных интеграторов и суммирующего устройства, причем первый вход дополнительного ключа соединен с источником опорного напряжения, второй вход - со входом второго ключа, а выход соединен со входом последовательно соединенных дополнительных интеграторов, выходы которых соединены со входами суммирующего уст 44978 8ройства, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шушков Е, И., Цодиков М. Б, Многоканальные аналого-цифровые преобразователи. Л., фЭнергия", 1975, с. 37, 48-50,2. Гитис Э. И. Преобразователи инфор 1 О мации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., "Энергия, 1975,с; 370-374 (прототип).3, Авторское свидетельство СССР744978 Макаренк орректо 3/16 Тираж 995ИПИ Государственого комитета СССРпо делам изобретений и открытий