Интегрирующий цифровой вольтметр

: СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ОЮ (И)(59. Н 03 ИЕ ИЗОБРЕТЕНУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСА ТОР(21) (22)46 ходом АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 3367776/1 8-2123.12;81(56) 1. Прянишников В.А. Интегрирующие пифровые вольтметры постоянного тока. Л., Энергия", .1976, с. 56.2. Хризман С.С. цифровые измерительные приборы и системы,.Киев, Наукова думка"1970, с. 36 (прототип). (54) (57) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР, содержащий генератор. стабильной частоты, первый счетчик импупь сов, входное устройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а вы ход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем; что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены второй. счетчик импульсов, пищи задержки, два К -триггера, диод, эле- мент ИЛИ, генератор запуска, множитель ное устройство, три элемента И, первый вход первого из которых соединен с вхо- дом генератора пилообразных напряжений и прямым выходом первого Б 5 -триггера второй вход - с выходом генератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов, а выход - с первым входом множительногоо устройства, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй вход - со вторым входом входного устройства и первым выходомвторого счетчика импульсов, и первым входом элемента ИЛИ; третий вход - с третьим входом входного устройства и выходом второго элемента И первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и единичным входом первого Я 5 -триггера и через диод - с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго д счетчика импульсов и инверсным выходом 9 . первого Я 5 -триггера, и через линию задержки - с нулевым входом второго Й -трнггера, а второй вход второго эпе. ;мента И. соединен с инверсным выходом второго Я 5 -триггера, единичный вход .Я которого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами второго счетчика импульсов, при этом :.нулевой вход первого К 5 -триггера соединен с вы компа ратора.Изобретение относится к преобразованию информации и испопьзуется при построении иэмеритепьных приборов.Известны интегрирующие цифровыевольтметры со статическим усреднением, 5в которых измерение входного напряжения основано на неоднократном сравнении его с линейно изменяющимся опорнымнапряжением и поспедуюшем усреднениирезультатов сравнения. В этом случае 1 Одисперсия среднеарифметического М независимых измерений уменьшается в Ираз, а среднеквадратическая погрешностьв М раэ ( 1).Недостатком данного устройства явпя ется ограничение диапазона измерений,определяемого принципами работы и параметрами конкретного устройства,Известно устройство, содержащеевходное устройство (ВУ)., компаратор (К),20генератор пилообразного напряжения(ГПН), блок управления (БУ), генераторстабильной частоты (ГСЧ), цифровой индикатор, счетчик импульсов, блок управпения пределами2.25НедосТатками известного устройстваявляются большие динамические ошибки ивозможностью измерения напряжениятопько одного знака.ель изобретенияповышение точнос- зоти и расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем,что в интегрируюший цифровой вольтметр,содержащий генератор стабипьной частоты, первый счетчик импупьсоввходноеустройство, первый вход которого соединен с входной шиной, а выход - с первым входом компаратора, второй входкоторого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, в неговведены второй счетчик импульсов, пиния задержки, два К-триггера, диод,элемент ИЛИ, генератор запуска, множительное устройство, три. алемента И, 45первый вход первого иэ которых соединен с входом генератора пилообразныхнапряжений и прямым выходом первогоЯ- -триггера, второй вход - с выходомгенератора стабильной частоты и счетным входом второго счетчика импульсов,а выход - с первым входом множительно-го устройства, выход которого соединенсо счетным входом первого счетчика импульсов, второй вход - со вторым входом входного устройства и первым выходом второго счетчика импульса и первым входом элемента ИЛИ, третий входс третьим входом входного устройства и выходом второго апемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора запуска и единичным входом первого Р-триггера и через диод с входами сброса старших разрядов и информационными входами младших разрядов второго счетчика и инверсным выходом первого Р-триггера, и через пинию зааержкн - с нулевым входом второгоК- б -триггераа второй вход второго алемента И соединен с инверсным выходом второго 1-р -триггера, единичный входкоторого соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен свыходом третьего эпемента И первый и второй входы которого соединены соответственно со вторым и третьим выходами второго счетчика импупьсов, при атом , нулевой вход первого К- -триггера сое динен с выходом компаратора.На фиг. 1 представлена блок-схема интегрирующего цифрового вольтметра со статическим усреднением и адаптивным выбором предепа измерения; на фиг. 2- временные графики, поясняющие его работу.Интегрирующий цифровой вопьтметр со статистическим усреднением и адаптивным выбором предела измерений содержит входное устройство 1, компаратор 2, генератор,З пипообразного напряжения, первый элемент И 4 множительное устройство 5, первый счетчик 6 импульсов, первый К -триггер 7, генератор 8 запуска, второй счетчик 9 импульсов, генератор 10 стабильной частоты, второй эпемент И 11 элемент ИЛИ 12, второй К 5 триггер 13, третий элемент И 14, эпемент 15 задержки, развязывающий диод 16.Перечисленные эпементы соединены между собой следующим образом.Выход входного устройства 1 соединен с первым входом компаратора 2, с вторым входом которого соединен выход генератора 3 пилообразного напряжения, Выход компаратора 2 соединен с нуле вым входом первого Я-триггера 7, к единичному выходу которого подключен выход генератора 8 запуска. Прямой выход первого К 5 -триггера 7 подан на вход генератора пилообразного напряжения и одновременно на вход первого логического эпемента И, на второй входкоторого подключен выход генератора10 стабильной частоты ( ГСЧ) .Одновременновыход генератора 10 стабильной частотыподключен на счетный вход Т второго счетчика 9 импульсов. К объ3 1027 единенной шине "Запись 1 ф и Сброс второго счетчика 9 импульсов подключен выход первого В-триггера 7, на ету же шину через раэвяэывающий диод 16 подкпючен выход генератора 8 запуска, причем шина Запись 1 соединена с единичными входами младшйх; разрядов второго счетчика 9 импульсов, а шина "Сброс - с нулевыми входами всех; остальных разрядов второго счетчика 9 ц Выход самого старшего разряда М,второгосчетчика импульсов 9 подан на второй вход элемента ИЛИ 12 и одновременно на второй вход входного устройства 1, несколько выходов второго счетчика 9, предшествующих разряду й, поданы на соответствующие входы второго элемента И 11, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 12. Выход элемента ИЛИ 12 подключен на единичный вход второго В 5-триггера 13, ну- левой вход которого соединен через элемент 15 задержки с выходом генератора 8 запуска. Дисдерсный выход второго К 5-триггера 13 подключен к р 5 первому входу третьего элемента И 14, выход. которого в свою очередь подан на третий вход входного устройства 1 и одновременно на третий вход множитель ного устройства 5, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И 4, Выход множительного устройства 5 подключен к счетному входу первого счетчика 6 импульсов, выход которого является выходом всего устройства,35 Устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение О поступает навходное устройство 1, где оно 4 О нормализуется и смещается на величину 0 и дапее поступает на первый вход компаратора 2, на второй, вход которого подается пилообразное напряжениеГОИ с генератора 3 пилообразного напряже 45 ния (ГПН), запуск которого осуществля-. ется потенциальным сигналом, постунак. щим с прямого выхода первого Я -триггера, который в свою очередь переключается в единичное состояние импульсами 50 Т с генератора 8 запуска (ГЗ). С момента запуска ГПН 3 тактовые импульсы Т с ГСЧ 10 поступают на счетный вход второго счетчика 9 импульсов и заполняют его до момента выработки им пупьсного сигнала с компаратора 2, ко торый вырабатывается в момент равенст. ва напряжений. 817 4Сигнал с компаратора 2 поступает нанулевой вход первого 86-триггера 7, синверсного выхода которого потенциапь . ный сигнал обнуляет второй счетчик 9 иодновременно записывает в его младшие разряды единицы.Число младших разрядов,в которые записываются единицы, опре . деляется от предпагаемой скорости и величиной изменения измеряемого напряжения, что необходимо дпя того, чтобыобеспечить гарантированное переполйение счетчика в пределах между двумямодулирующими импульсами Тпри величине измеряемого напряженйя, близкойк предепьному дпя текущего диапазонаизмерения, Развязывающий диод 16 необходим для того, чтобы развязыватьцепи прохождения сигнала с Я -триггера 7 и сигюла ГЗ 8;При запуске ГПН 3 тактовые импулсы Т через зпемент И 4 и множитепьное устройство 5 заполняют также и первый счетчик 6, в который поступаютпачки тактовы х импульсов Т е Числопачек или же период опроса первого счетчика импульсов цифрового вольтметра зависит от требуемой точности измеренияи скорости изменения входного напряже.- ния.ЪМножительное устройство 5 изменяетпериод следования импульсов Т прикаждом переполнении счетчика 9, а такжепри уменьшении абсолютного значенияизмеряемого напряжения до определенной величины.Второй счетчик 9 запопняется такжеи во время от момента прохождения импульса с компаратора 2 до поступления следующего имнупьса с ГЗ 8. За этотпромежуток времени счетчик 9 переполняется и в том случае, если величина измеряемого напряжения является близкой к предельному значению для текущего диапазона измерения и отрицательной засчет смещения измеряемого напряженияна величину Осм, производимого во входном устройстве 1. При переполнении второго счетчика 9 импульс переполнения (единица в й -м разряде) поступает на входное устройство 1, множительное устройство 5 и изменяет их передаточный коэфФициент, При етом величина сигнапа на выходе входного устройства 1 уменьшается, что позволяет произвести его сравнение с сигнапом с ГПН 3 в пределах периода Т .Производится также и соответствующее уменьшение периода следования импуиь 1 О сов в первый счетчик импупьсов. Если же усреднение эамеренных значений входного напряжения производится эа один период Т, то можно обойтись и без множитепьного устройства 5.Еспи значение входчого напряжения начинает уменьшаться, то производится восстановление прежних передаточных коэффициентов устройств 1 и 5.Это происходит следующим образом.При уменьшении входного напряжения на опредепенную величйну разряды Я -1 и-2 второго счетчика 9 импупьсов не эапопняются. При этом второй Я -трп гер 1 3 будет находиться в нупевом состоянии и с его инверсного выхода потенциальный сигнап поступает на первый вход третьего эпемента И 14, на второй вход которого подается сигнал с ГЗ 8, при атом сигнал с выхода апемента И 14 поступает на третьи входы множитепьного устройства 5 входного устройства 1 и восстанавпивает предыдущие значения их передаточных коэффициентов, Сигнал с выхода ГЗ 8 через алемент 15 задержки подается на нупевой вход второго БЯ- триггера 13 дпя того, чтобы подготовить устройство к работе в текущем такте Т. 7817Аналогичнйм образом работает устройство при прохождении сигнапа с компаратора 2.Еспи в течение промежутков времени 5 от Т до сигнапа с компаратора 2 ипи отсигнапа с компаратора до следующего Тв разрядах Я - 1 и й - 2 будут единицы, то на выходе второго элементаИ 11 появится сигнал, который проходит 10 через эпемент ИЛИ 12 и поступает наединичный вход В 5 -триггера 1 3, На егоинверсном выходе сигнап будет равеннулю и имцупьс о ГЗ 8 через третий погический элемент И 14 не проходит.15 Предлагаемое устройство обладаетспособностью менять свой передаточныйкоэффициент в зависимости от вепичинывходного измеряемого напряжения, чтопвзволяет независимо от скорости и знака изменения измеряемого напряженияавтоматически выбирать требуемый диапазон измерения, при етом производитсяперекпючение диапазона измерений беэсброса накоппений информации, что поэвопяет использовать аффект, статистическогоусреднения мгновенного значения изме- .ряемого напряжения и значительно .повышает точность измерений,1027817 ВНИИПИ Заказ 4754/58 Тираж 936 Подписно Филиал ППЛ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 411