Цифровой вольтметр

О П И С А Н И, Е819957ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТО РСК ОКУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(53) УДК 681.325 (088.8) ие делам изебретений и открытийДата опубликования описания 17.04.81(71) Заявитель 4) ЦИФРОВОИ" ВОЛЬТМЕ Цифровой вольтметр постоянного тока относится к измерительной технике и предназначен для измерения напряжения в цепях постоянного тока.Известен цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи для подключения измеряемого и опорных напряжений, интегратор на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком 1.При практической реализации значительную долю погрешности вносят входные ключи, которые имеют конечное сопротивление в открытом состоянии и на которых имеется остаточное напряжение, зависящее от времени и температуры.Целью изобретения является повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи для подключения измеряемого и опорных напряжений, интегратор на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком, введены последовательно соединенные устройство коррекции, резистор и дополнительные ключи, входы которых соединены соответственно с шиной измеряемого и опорного напряжений, выходы подключены к первому входу устройства коррекции, второй вход которого соединен с выходами основных ключей. Второй вывод резистора соеди нен с суммирующей точкой интегратора, авыход синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульсов, причем устройство коррекции выполнено в виде формирователя и поледовательно соединенных модулятора, трансформатора, уси лителя и демодулятора, управляющий входкоторого и управляющий вход модулятора соединены с выходом формирователя, вход которого подключен к входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы которого подключены к входам модулятора, а выход соединен с выходом демодулятора,Устройство коррекции может быть выполнено в виде формирователя и последова.тельно соединенных первой группы ключей,19957 15 83первого конденсатора, второй группы ключей, второго конденсатора, один вывод которого соединен с общей шиной, другой вывод с сигнальным выходом устройства коррекции; управляющие входы ключей соединены с выходами формирователя, вход которого подключен ко входу синхронизации устройства коррекции, сигнальный вход которого соединен со входом первой группы ключей,По фиг. 1 показана блок-схема цифрового вольтметра, на фиг. 2 и фиг. 3 представлены возможные варианты выполнения устройства коррекции.Устройство содержит источник измеряемого напряжения 1, источник опорных напряжений 2 и 3, которые через ключи 4, 5 и 6 соединены со входом интегратора 7, к выходу которого подсоединены нуль-орган 8, соединенный с блоком синхронизации 9; генератор импульсов 10 через вентиль 11, управляемый блоком синхронизации 9, связан со входом счетчика 12, выход счетчика 12 соединен с блоком синхронизации. 9. Входы дополнительных ключей 13 - 15 соединены со входами основных ключей 4 - 6 Управляющие входы ключей 4 и 13, 5 и 14, 6 и 15 объединены и соединены с выходами блока синхронизации 9 - 1, 9 - 2 и 9 - 3 соответственно, выходы ключей 4 6 объединены и соединены с одним из входов устройства коррекции 16, а выходы дополнительных ключей также объединены и соединены со вторым его входом. Выход устройства коррекции через резистор 17 соединен с суммирующей точкой интегратора 7. Вход синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульса 10. Ключ 18 управляющим входом связан с выходом 9 - 4 блока синхронизации 9 и предназначено для установки начальных условий интегратора 7.Цифровой вольтметр работает следующим образом,В первом такте работы замкнуты ключи 4 и 13: Измеряемое напряжение через ключ 4 поступает на вход интегратора 7. Одновременно по сигналу блока синхро.низации 9 импульсы генератора 10 через вентиль 11 поступают на вход счетчика 12, Остаточное напряжение на ключе 4 через ключ 13 поступает на вход устройства коррекции 16 и после преобразования через резистор 17 поступает в суммирующую точку интегратора 7. В момент переполнения счетчика импульсов 12 блок синхронизации 9 размыкает ключи 4 и 13 и замыкает ключи 5 и 14 (или 16 и 15 в зависимости от полярности напряжения 11). Начинается второй такт - интегрирование опорного напряжения, имеющего противоположный знак по сравнению со знаком полярности измеряемого напряжения.При этом остаточное напряжение ключа 5 через ключ 14 поступает на вход уст 1 о 20 25 зо 35 40 45 50 55 4ройства коррекции 16 и после преобразования, - через резистор 17 в суммирующую точку интегратора 7.В момент равенства нулю выходного напряжения интегратора 7 нуль-орган 8 срабатывает и по его сигналу блок синхронизации 9 запрещает прохождение импульсов генератора 10 на вход счетчика 12. В счетчике фиксируется число Мх, пропорциональное измеряемому напряжению 1.1 х,Устройство коррекции 16 может быть выполнено в соответствии с фиг, 2, В этом случае оно состоит из последовательно соединенных модулятора 19 с дифференциальным входом, трансформатора 20, усилителя 21 и демодулятора 22. Управляющие входы модулятора 19 и демодулятора 22 соединены с выходами формирователя 23, вход которого является входом синхронизации устройства коррекции.Такое выполнение устройства коррекции связано со спецификой его работы. Уровень остаточного напряжения на ключах 4 - 6 составляет единицы милливольт, в то время как величина напряжения опорных источников обычно равна 1 - 10 В, Поэтому уровень синфазной помехи на входе устройства коррекции 16А = 20 Е -- = 20 Е - -- = 80 В Наиболее оптимальным является выполнение устройства коррекции в виде модулятора с дифференциальным входом с развязкой цепей с помощью импульсного трансформатора, имеющего высокое сопротивление изоляции и малую емкость входных цепей относительно выходных.Синхронизация устройства коррекции 16 генератором импульсов 10 позволяет производить коммутацию ключей модулятора 19 в те моменты времени, когда на входе счетчика 12 отсутствует сигнал, т. е. даже если коммутационные выбросы моду лятора попадут через интегратор 7 на вход нуль-органа 8, это не приведет к искажению результатов измерений.Устройство коррекции может быть выполнено также в виде конденсатора 24 (фиг. 3) соединенного через ключи 25 со входом устройства коррекции, а через ключи 26 - с конденсатором 27, одна из обкладок которого является выходом устройст ва коррекции. Работой ключей 25 и 26 управляет формирователь 28, причем вход формирователя является входом синхронизации устройства коррекции.Ключи 25 работают синхронно по отношению друг к другу, ключи 26 также работают синхронно, причем ключи 25 относительио ключей 26 работают асинхронно.При таком выполнении устройство коррекции работает следующим образом (фиг. 1 и фиг. 3).Остаточное напряжение ключа 4 (5 или 6 через замкнутый ключ 13 (14 или 15) поступает на входы устройства коррекции 16.Ключи 25 периодически замыкаются и подключают конденсатор 24 ко входам устройства коррекции 16. При этом конденсатор 24 заряжается до величины напряжения на ключе 4 (5 или 6). В те моменты времени, когда ключи 25 разомкнуты, замыкаются ключи 26, и конденсатор 27 также заряжается до напряжения конденсатора 24. Напряжение конденсатора 27 через резистор 17 поступает в суммирующую точку интегратора 7 и тем самым компенсирует погрешность, связанную с неидеальностью входных ключей 4 - 6.Конкретное выполнение устройства, коррекции 16 по фиг, 2 или фиг. 3 определяется назначением цифрового вольтметра постоянного тока.Достоинства устройства коррекции, выполненного по фиг, 2, состоят в том, что оно непрерывно следит за уровенм напряжения на входных ключах, т. е, быстрые изменения остаточного напряжения, вызванные, например, воздействием помех частотой 20 50 Гц, будут эффективно компенсироватьсяОднако выполнение устройства коррекции в соответствии с фиг, 2 связано с определенными технологическими трудностями, обусловленными необходимостью применения трансформатора с большим числом вит 25 ков (для обеспечения достаточно большого входного сопротивления устройства коррекции) и необходимостью регулировки коэффициента передачи устройства коррекции изза возможного неточного Изготовления транс- З 0 форматора.В тех случаях, когда уровень помех не создает значительных колебаний остаточного напряжения на входном ключе, устройство коррекции может быть выполнено в соответствии с фиг, 3; при этом схема устройства и технология его изготовления упрощаются. Достоинства схемы фиг. 3 состоят еще и в большом входном сопротивлении и в том, что точность коррекции не зависит от емкостей конденсаторов 24 и 26 и от их нестабильности.40 Формула изобретения1, Цифровой вольтметр, содержащий последовательно соединенные ключи, подклю ченные к источникам измеряемого и опорных напряжений, интегратор, выполненный на усилителе постоянного тока, нуль-орган и блок синхронизации, выходы которого соединены с управляющими входами ключей и вентиля, через который генератор импульсов соединен со счетчиком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные устройство коррекции и резистор и дополнительные ключи, входы которых соединены соответственно с источниками измеряемого и опорных напряжений, выходы подключены к первому входу устройства коррекции, второй вход которого соединен с выходами основных ключей, второй вывод резистора соединен с,суммирующей точкой интегратора, а выход синхронизации устройства коррекции соединен с выходом генератора импульсов.2. Вольтметр по п. 1; отлияающийся тем, что устройство коррекции выполнено в виде формирователя, последовательно соединенных модулятора, трансформатора, усилителя и демодулятора, управляющий вход которого и управляющий вход модулятора соединены с выходом формирователя, вход которого подключен к входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы которого подключены ко входам модулятора, а выход соединен с выходом демодулятора.3. Вольтметр по п. 1, отличающийся тем, что устройство коррекции выполнено в виде формирователя и последовательно соединенных первой группы ключей, первого коЯ- денсатора, второй группы ключей, второго конденсатора, один вывод которого соединен с общей шиной, другой вывод - с сигнальным выходом устройства коррекции, управляющие входы ключей соединены с выходом формирователя, вход которого подключен ко входу синхронизации устройства коррекции, сигнальные входы которого соединены со входами первой группы ключей. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Мо 132863, кл. Н 03 К 13/20,. 1960 (прототип).ь Н. Козлкас 113035,илиал ПП Редактор Б. ФедотовЗаказ 1262/35ВНИИП Составите Техред А. Бо Тираж 988 Государственного елам изобретений сква, Ж - 35, Рау Патент, г. Ужго