Цифровой измеритель отношения двух напряжений

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТ ДВУХ НАПРЯЖЕНИ ТНОШЕНИ Я вляетсятнощения,ью ВС-ценизка обусл ышение точние функигается итель о содержа тор, вы Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для цифрового.измерения отношения напряжений в логарифмическихединицах (например, при снятии амп-литудно-частотных характеристик каналов связи и др,),Известно устройство для измеренияотношения амплитуд для переменныхнапряжений, содержащее последовательно соединенные коммутатор,уси".литель, амплитудный. детектор и логарифмический преобразователь, квыходу которого параллельно подключены дваканала из последовательносоединенных элемента И и детектора,выходы обоих детекторов подключенык измерительному прибору, а такжеблок управления, соответствующиевыходы которого подключены к коммутатору, логарифмическому преобразователю и другим входам элемента И 13Недостатком устройства являетсянизкая точность, обусловленная нестабильностью ВС-цепи, а также не"линейносТью вольтамперной характеристики детекторов.Наиболее близким по техническойсущности является цифровой измеритель отношений величины в децибелах,содержащий последовательно соединенные усилитель, пороговый элемент,формирователь запускающих импульсов,первый триггер, выход которого подключен к управляющему входу интегратора, состоящего из ВС"цепи, входкоторого соединен с входной шиной,выход соединен с первым входом эле О мента сравнения, второй вход которого подключен к выходу усилителя,выход соединен с другим входом первого триггера и с первым входом второго триггера, второй вход которогосоединен через формирователь запускающих импульсов с выходом генератора и с входом ключа, выход которого.соединен со счетчиком, управляющийвход ключа соединен с выходом второго триггера 21.Недостатком устройства яя точность измерения оовленная нестабильност пиЦель изобретения - по ности измерения и расшир циональных возможностей,Поставленная цель дос тем, что в цифровой изме ношения двух напряжений, две входные шины, интегркоторого соединен с первым входомэлемента сравнения, выход которогосоединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первогоключа, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты,первый счетчик, источник опорныхнапряжений и два переключателя,введены преобразователь переменногонапряжения в постоянное, аналоговыйзапоминающий блок, два переключателя,три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ,последовательно соединенные элементперезаписи, регистр и блок совпадения кодов, а также второй счетчик,причем первая входная шина черезпоследовательно соединенные первыйпереключатель, преобразователь переменного напряжения в постоянное,аналоговый запоминающий блок, второйпереключатель подключен к входу интегратора, параллельно которому подключен второй ключ, вторая входнаяшина через третий переключатель под"ключена к первому переключателю ик выходу источника опорных напряжений, другие выходы которого подключены к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, двадругих входа которых подключены кобщей шине, один из входов четвер- ЗОтого переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, выход егос вторым входом элемента сравнения,при этом выход первого ключа соединен через элемент ИЛИ с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединены с входами блокаанализа, другой вход элемента ИЛИчерез третий ключ соединен с выхо Одом блока совпадения кодов, вторымвходом блока управления и первымвходом второго счетчика, второй входкоторого через четвертый ключ подключен к выходу генеРатоРа опорной 45частоты, управляющие входы ключей ипереключателей подключены к соответствующим выходам блока управления,третий вход которого соединен с выходом блока анализа.На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого цифровогоизмерителя,Цифровой измеритель отношениядвух напряжений содержит блок 1 управления, первый переключатель 2,преобразователь 3 переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок 4, второй переключатель 5, интегратор 6, элемент 7 сравнения, второй ключ 8, третий переключатель 9, источник 10 опорных напряжений, четвертый переключатель 11,генератор 12 опорной частоты, первыйключ 13, элемент ИЛИ 14, первыйсчетчик 15, блок 16 анализа, третий 5 ключ 17, элемент 18 перезаписи, регистр 19, блок 20 совпадения кодов,второй счетчик 21, четвертый ключ 22,Устройство работает следующимобразом,Начало первого такта определяетсяблоком 1. Переключатели 5 и 11 устанавливаются в положение 2, переключатель 2 - в положение 1Фпереключатель 9 - в положение 2,ключи 8, 17 и 22 разомкнуты, ключ13 замкнут, Измеряемое входное напРЯжение ПбхподаетсЯ на пРеобРазова"тель 3 переменного напряжения в постоянное, Длительность первого такта,задается блоком 1, счетчиком 15 иблоком 16 анализа и определяетсявременем, необходимым для окончанияпереходных процессов. Одновременнос работой преобразователя 3 происходит измерения длительности такта Тхна счетчике 15 частотой Кр от генератора 12 опорной частоты Блок 16анализа (в зависимости от числа,которое определяет длительность первого такта), анализирует состояниесчетчика и при появлении на счетчикеэтого числа выдает сигнал в блок 1,свидетельствующий об окончании пер-вого такта, По окончании первоготакта сигналом с блока 1 напряжение1 Пвхгде 1 - коэффициент передач преобразователя, записывается в запоминающий блок 4, появляется импульс на выходе блока 1, ключ 13 закрывается. На разрядах счетчика 15 накапливается число И= Е ТхПо окончании первого такта осуществляется перепись числа И 1 в регистр 19 с помощью элемента 18 и сброс счетчика 15 по командам, поступающим соответственно с выходов блока 1 управления, В начале второго такта положение переключателей и ключей следующее: переключатели 5, 11 находятся в положении 3, переключатели 2 и 9 - в положении ф 2, ключи 8 и 17 разомкнуты, ключи 13 и 22,открыты.Длительность второго такта задается равной длительности первого такта, Это обеспечивается следующим, Счетчик 21 считает с частотой Г от генератора 12 длительность второго такта до тех пор, пока число, накопленное в счетчике 21, не будет равно числу И, записанному в регистре 19. В этот момент срабатывает блок 20 совпадения кодов, что и служит сигналом конца второго такта на блок 1. Этим сигналом производится сброс счетчика 21 в нулевое состояние, Во втором такте на выходе преобраэователя 3 поддерживается напряжение:2чехогде Сох - напряжение на второй входгной шине, подаваемое чЕрез переключатель 9, через второй контакт пе,реключателя 2 на вход преобразователя 3.Кроме того, во втором такте через переключатель 5 на емкость интегратора б подается напряжение Оо 2 с выхода источника 10, а через переключатель 11 напряжение По с выхода источника 10 " на один из входов элемента 7 сравнения. Момент равенства напряжения Бо и экспоненциально падающего напряжения на ин теграторе б, подающихся на входы блока 7 сравнения, фиксируется на блоке 1 сигналам, поступающим с выхода элемента 7,При этом справедливо равенствоо "о Подегде Г - постоянная времени интегратора б;время от начала второгоР 1такта до момента срабатывания элемента 7 сравнения,т.е.О1:тЕо -02оДанное время ео измеряется на счетчике 15 частотой Го от генератора 12 в том же втором такте,Длительность такта выбирается заведомо большей времени о . На . разрядах счетчика 15 фиксируется число:о й =1 Е =Е Ь -о о 1: о о О,Фиксация происходит следующим образом.При срабатывании элемента 7 с выхода блока 1 выдается управляющий сигнал, закрывающий ключ 13, и счетчик 15 останавливается, По окончании второго такта емкость интегратора б разряжается до нулевого напряжения замыканием ключа 8, производится обнуление регистра 19 и перепись в него с помощью элемента 18 числа Ио, счетчик 15 сбрасывается по командам с соответствующих выходов блока 1 управления.Положение переключателей и ключей в начале третьего такта следующее: пераключатели 5 и 11 - в положении ф 1, переключатель 2 и 9 в положении 2, ключи 17 и 22 открыты, ключи 8.и 13 разомкнуты, К емкости интегратора 6 и первому входу элемента 7 сравнения приложены соответственно напряжения П и ПМоменту совпадения напряжений йодвум входам элемента 7 сравнениясоответствует следующее время отначала третьего такта:5О Цехо 2 " 0о ОэВремя о измеряется на счетчике15 счетно-ймпульсным методом частоо той Е , следующей с блока 20 совпаденйя кодов через ключ 17 и элемент ИЛИ 14, Импульсы частотой Гспоявляются на выходе блока 20 совпадения кодов каждый раз при совпаде нии числа Юо 1, записанного в разрядах регистра 19 и числа на разрядахсчетчика 21, непрерывно считывающегоимпульсы частоты Го, поступающие наего счетный вход от генератора 12 -20 через ключ 13.Поэтому справедливо:Гоек= Йо/25Е,:1(т: Е И: фп -Цц Оо,Частота Е подается на счетчик15 в течение времени о 2, в результате чего на нем зафиксируется чис"эх, 1"э 08 хМ =1 Е:Спо 2 о 2 сек Оэх д Ъ= Рп ОР 2/ОоОо 1=е. -8 Х 2 эгде к - коэффициент пропорциональности, величину которого можно задавать, выбирая различные соотноше ния цри П 2. По окончании третьеготакта число Ы записывается в регистр 19 и затем выводится на индикацию,На этом цикл измерения заканчи, вается. При необходимости измеренияуровня напряжения на первой входнойшине в,начале цикла переключатель 9переводится в положение 11 сигналом с выхода блока 1.50В этом случае к второму контактупереключателя 2 через выход переключателя 9 подключается опорное напряжение Оо с выхода источника 10.55 Измерение совершается аналогичноописанному выше с той разницей, что во втором такте на выходе преобразователя 3 фиксируется напряжение60П 2=По.Времяв третьем такте определяется из следующего соотношенияЬХа число И в этом случае равнофвхн =ке - =х р . й)о ОоПри соответствующем выборе к ина индикацию в этом случае выводится уровень напряжения на первой входной шинеКак видно из выражения (2), коэффициент пропорциональности % не зависит от постоянной времени ВС-цепи и коэффициента передачи преобразователя переменного напряжения вlпостоянное и является величиной, зависящей лишь от соотношения 0 и 0 , которое может быть задано йрос тыми средствами с достаточно высокой степенью точности. Одновременно расширяются функциональные возможности цифрового измерителя, в котором наряду с измерением отношения 20 двух постоянных напряжений возможно измерение отношения двух переменных напряжений, а также измерение уровней как постоянных, так и переменных напряжений, 25Формула изобретенияЦиФровой измеритель отношения З 0 двух напряжений, содержащий две входные шины, интегратор, выход котот рого соединен с первым входом элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, первый счетчик, источник опорных напряжений и два переключателя о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных воэможностей, введены преобразователь переменного напояжения в постоянное,45 аналоговый запоминающий блок, двапереключателя, три ключа, блок анализа, элемент ИЛИ, последовательносоединенные элемент перезаписи, регистр.и блок совпадения кодов, атакже второй счетчик, причем перваявходная шина через последовательносоединенные первый переключатель,преобразователь Переменного напряжения в постоянное, аналоговый запоминающий блок, второй переключательподключен к входу интегратора, параллельно которому подключен второйключ, вторая входная шина черезтретий переключатель подключена кпервому переключателю и к выходу источника опорных напряжений, другиевыходы которого подключены к соответствующим входам третьего и четвертого переключателей, два других входа которых подключены к общей шине,один иэ входов четвертого переключателя соединен с выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное,. выход его - с вторым входомэлемента сравнения, при этом выходпервого ключа через элемент ИЛИ соединен с входом первого счетчика, выходы которого поразрядно соединеныс входами блока анализа, другойвход элемента ИЛИ через третий ключсоединен с выходом блока совпадениякодов, вторым входом блока управления и первым входом второго счетчика,второй вход которого через четвертыйключ соединен с выходом генератораопорной частоты, управляющие входыключей и переключателей подключенык соответствующим выходам блока управления, третий вход которого соединен с выходом блока анализа,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 70535 б кл. 6 01 В 19/10,18.10,77.2. Авторское свидетельство СССРР 488151, кл, 6 01 В 19/10,02,01,74,