Устройство для измерения напряжения

(72) Авторы изобретеяи Чубаров и В, С, Иеленть йбышевский политехниЧеский институ им. В. В. Куйбышева(7 ) Заявите 5 М УС ТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПРЯЖЕНИЯ вольтме входных к,о Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения в цифровой код, цифровых измерительных приборах для измерения постоянного и переменного напряжения без коммутации измерительной цепи.Известен многопредельный цифровой вольтметр с автоматической коррекцией нуля, содержащий переключатель предела измерений, нуль-орган, масштабный преобразователь, счетчик импульсов, преобразователь кода в напряжение, управляющее устройство, элементы И, вспомогательный счетчи вспомогательный:, преобразователь к да в напряжение 13.Это устройство не обеспечивает полной коррекции нуля, которая принци- :и пиально неустранима в процессе калиб" ровки устройства, обладает малым быстродействием из-за большого числа операций в процессе измерения, при этом в процессе калиброра производится коммутацепей. Известно также устройство для измерения напряжения, содержащее последовательно соединенные первый элемент И, первый счетчик, ПКН и масштабный преобразователь, к второмувходу которого подклочен первый выход блока управления, второй и третий В выходы которого подключены соответственно к первым входам первого и второго элемента И, выход последнего .соединен с входом второго счетчика,управляемый делитель, резистор сравнения и генераторный пороговый блок,вход которого через управляемый делитель подключен к выходу масштабногопреобразователя, входной клемме устройства и первому выводу резистора .сравнения, второй вывод которого под ключен к общей шине при этом первымвыход генераторного порогового блокаподключен к вторым входам первого и3 94598 второго элементов И, а второй выходк входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом управляемого делителя 2 3Недостатками такого устройства являются наличие погрешности за счет масштабного преобразователя, малое быстродействие, так как в обоих тактах уравновешивания приходится уравновешивать измеряемое напряжение и некоторую величину порогового напряжения, а также сложность всего устройства.3Цель изобретения - увеличение, точности,быстродействия и упрощение структуры устройства.Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения напряжения, содержащее резистор сра внения, .соединенный первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя напряжения, а вторым выводом - с об.щей шиной, два элемента И, первые входы которых подключены к первому выходу генераторного порогового блока, соединенного вторым выходом с первым входом блока управления, а входомс выходом управляемого делителя напряжения, введены реверсивный счетчик, генератор линейно-изменяющегося назо пряжения, два триггера и элемент ИЛИ, при этом выход первого элемента И подключен к первому входу реверсивного счетчика, а второй вход соединен с выходом первого триггера и входом35 генератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен к первому выводу резистора сравнения, причем второй вход реверсивного счетчика соединен с управляющим входомд управляемого делителя напряжения и первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика, четвертый вход которого соединен с третьим выходом блока управления,45 шиной "Сброс", первым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму выходу генераторного, порогового блока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, второй вход которого соединен с шиной "Пуск".На фиг. 1 показана структурная электрическая схема устройства; на 5 ффиг. 2 и 3 - временные диаграммы режимов измерения постоянного и переменного напряжений,Устройство для измерения напряжения содержит резистор 1 сравнения и управляемый делитель 2 напряжения,входящие в общую регулируемую электрицескую цепь обратной связи генераторного блока 3 ( например, генераторгармонических колебаний) с заданнымпорогом срабатывания 0 п, обеспечивающим его самовозбуждение, элемент И 4,реверсивный счетчик 5, управляемыйгенератор 6 линейно-изменяющегося напряжения (например, на базе интегратора), триггеры 7 и 8, элементы И 9и ИЛИ 10, блок управления 11, приэтом один вывод резистора 1 соединенс общей шиной, а другой - с входнойшиной, выходом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и через управляемый делитель напряжения - сгенераторным пороговым блоком 3, кпервому выходу которого через элемент И 4 подклочен первый вход реверсивного счетчика, причем управляющийвход элемента И 4 объединен с управляющим входом генератора 6 линейноизменяющегося напряжения и подключенк выходу триггера 8, второй вход реверсивного счетчика объединен с управляющим входом управляемого делителя 2 напряжения и соединен с первымвыходом блока 11 управления, первыйвход триггера 8 через элемент ИЛИподключен к второму выходу генераторного порогового блока 3 и шине "Сброс",объединенной с первыми входами триг" гера 7, блока 1 управления и третьим, входом реверсивного счетчика 5, второй вход триггера 7 подключен к шине "Пуск", а блока управления 11 к второму выходу генераторного порогового блока, триггера 8 - через элемент И 9 к выходу триггера 7 и первому выходу генераторного порогового блока 3, четвертый вход реверсивного счетчика 5 соединен с вторым выходом блока управления 11.Преобразователь работает следующим образом.Перед началом измерения генераторный пороговый блок 3 устанавливается в режим самовозбуждения изменением тока в его цепи обратной связи, и по команде ".Сброс" сбрасываются в исходное состояние триггеры 7 и 8, блок 11 управления и реверсивный счетчик, который при этом устанавливается бло5 9459 ком 11 управления в режим прямого счета, а управляемый делитель напряжения вклочается на коэффициент деления 1/2.По команде "Пуск" триггер 7 запускается и открывает элемент И 9 для импульсов с выхода генераторного порогового блока (фиг. 2 В) на вход триггера 8. Первым импульсом триггер 8 запускается,.открывает элемент И 4 для счетных импульсов, проходящих с О выхода генераторного порогового блока 3.на вход реверсивного счетчика 5 и запускает генератор линейно-изменяющегося напряжения 6. При этом на его выходе начинается рост линейно- ц изменяющегося напряжения Бк = КЕ С (фиг, 2 б). Рост Ук происходит до тех пор, пока напряжение Бк не станет равным сумме измеряемого напряжения О и порогового напряжения У . В 20 момент уравновешивания Й происходит срыв колебаний на инФормационном выходе 12 генераторного порогового блока 3 и одновременно импульс команды с выхода 13, соответствующий момент 2 з С срыва колебаний генераторного порогового блока 3 (фиг, 2 е), поступает Йа триггер 8. и сбрасывает его в нулевое состояние. Вследствие этого элемент И 4 отключает выход 12 от входа счетчика, прекращает изменение напряжения на выходе генератора линейно-изменяющегося напряжения 6, где устанавливается постоянное компенсационное напряжение, равноео-"К-"Хфгде 1 х КЕи в реверсивйом счетчике 5 фиксируется код, пропорциональный Ок. В тот 4 в же момент 1 импульс с выхода 13 запускает блок 11 управления, который включает счетчик 5 на счет в обратном направлении и устанавливает коэффициент деления равным 1/1. Напряжение на резисторе 1 сравнения увеличивается на величину Ц 1 и становится равным Бп. Вследствие этого равенство 0= 13 х + 13 п нарушается, генераторный пороговый блок 3 вновь само- возбуждается и на его информационном выходе 12 появляются импульсы. Первый из серии импульсов через элемент И 9 снова запустит триггер 8, который откроет элемент И 4 и генератор линей55 но-изменяющегося напряжения б. На д; вход реверсивного счетчика 5 начнут поступать импульсы с выхода 12, а на выходе генератора линейно-изменяюще 85 6гося напряжения б вновь начнется линейное изменение напряжения 0 в момент времени СВ момент окончания уравновешивания справедливо соотношение1 к = 11 х + Цпде 1 к = 1 к + Цкп 1 кп 1 кч.0 о= Кео(Т.у - т) = 0 х.Измерение переменного напряжения начинается с подачи на блок 11 управ- ления команды по шине 14, изменяющей режим Функционирования и включающей его элемент задержки (например ждущий мультивибратор с ключом).Затем по команде "Пуск" начинается прямое уравновешивание переменного напряжения в течение одного или нескольких попупериодов измеряемогонапряжения по описанному ранее алгоритму и счет импульсов (фиг, 3) реверсивным счетчиком 5 в прямом направлении. При этом за время каждого полупериода во время срабатываниягенераторного порогового блока 3 коО1гда 01 -О , на выходе 13 генерирует(1 1ся отрицательный импульс, а во время срыва колебаний - положительный (Фиг,. Зс). Положительный импульс запускает элемент задержки блока 11 управления, а отрицательный сбрасывает и исключает его срабатывание. Когда произойдет полная компенсацияамплитуды напряжения О,(фиг. 3 б) во время действия следующего импульса Ух, срабатывания генераторного порогового блока 3 не произойдет и поэтому элемент задержки сработаетчерез время 1 5/4 Т, где Т - период измеряемого напряжения.При этом блок 11 управления включает реверс счетчика 5 и одновременно устанавливает коэффициент деления делителя напряжения 2 равным 1/1. За время следующего полупериода измеряемого напряжения происходит уравно-. вешивание напряжения О , с одновре".Ж менным обратным счетом ймпульсов реверсивным счетчиком 5. Согласно описанному ранее аглоритму в реверсивном счетчике 5 записывается код, пропорциональный амплитуде Ущ, а влияние порогового напряжения на результат измерения исключается.7 9459Предлагаемое устройство для измерения постоянного и переменного напряжения без коммутации измерительной цепи имеет большую точность измерения, так как в нем отсутствует операция масштабирования напряжения компенсации. Кроме того, предлагаемый алгоритм измерения напряжения предполагает более простую схемотехническую реализацию всего устройства в Зо целом и его отдельных функциональных узлов. Быстродействие устройства возрастает почти в два раза, поскольку уравновешивание измеряемого напряжения производится лишь на первом такте, а на втором такте уравновешивается лишь половина порогового напряжения,Формула изобретенияУстройство для измерения напряжения, содержащее резистор сравнения, , соединенный первым выводом с входной шиной и входом управляемого делителя 25 напряжения, а вторым выводом - с общей щиной, два элемента И, первые входы которых подключены к первому выходу генераторного порогового блокасоединенного вторым выходом с 30 первым входом блока управления, а входом - с выходом управляемого делителя напряжения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью увеличения точности, быстродействия и упрощения35 в него введены реверсивный счетчик,генератор линейно-изменяющегося напряжения, два триггера и элемент ИЛИ,при этом выход первого элемента Иподключен к первому входу реверсивного счетчика, а второй вход соединенс выходом первого триггера и входомгенератора линейно-изменяющегося напряжения, выход которого подключен кпервому выводу резистора сравнения,причем второй вход реверсивного счетчика соединен с управляющим входомуправляемого делителя напряжения ипервым выходом блока управления, второй выход которого подключен к третьему входу реверсивного счетчика,четвертый вход которого соединен.стретьим выходом блока управления, шиной "Сброс", первым входом второготриггера и первым входом элемента ИЛИ,второй вход которого подключен к второму выходу генератора пороговогоблока, а выход - к первому входу первого триггера, второй вход которогосоединен с выходом второго элемента И, второй вход которого подключенк выходу второго триггера, второйвход которого соединен с шиной "Пуск".Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРН 534863, кл. Н 03 К 13/02, 1977,2. Авторское свидетельство СССРМ 766007, кл. Н 03 К 13/20, 29 11.781 прототип),945985 о утяг ТехТира 9/74 ВНИИ э ите арст иэоб ткры и 03 ал В 4 д Проектн ктор А, Коэ Еееаеа13 5 Москва Жт5 г лли ППЯ "Патент вите НС.959 нног етен В. Войтогунова ущская набвеееавеее жгород, у