Измерительный преобразователь напряжения

(56) 1. АвторскоМ 219290, кл. Н03.01,67,2. Патент ВелР 1311933, кл. 0 ся тем, что, сц точности, в него в ватель кода во вре второй, третий, че клычи, причем сиги разователя кода во вал соединен с вых сумм-тора, а выход входом первого клю го подключен к вход второй ключ включе устройства и входо тий ключ - между в го блока памяти и оа. четвертый ключ аналогового блока преобразователя на пятый ключ - . между ва и входом преобр женин в код, а упр второго, третьего, того ключей с н вукнцими выход бл елью п едены менной верты альный време дом ц с у а, вы у инт межд инте ходом ходом межд амяти ряжен входо зоват вляющи четвер ны с ока уюл. Рий, С,и икобрита 4 Н, 19 ОСУДАРСТНЕККЫЙ НОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ 1 888) е свидетельство СС 03 К 13/02,(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий последовательно включенные интегратори аналоговый блок памяти, источникопорного напряжения и первый ключ,преобразователь напряжения в коди цифровой сумматор, выход которогосоединен с выходом устройства, блокуправления, выход которого подключен к управляющему входу аналогового блока памяти, о т л и ч а ю ш и йвышения преобразоинтервал,и пятый вход преобной интердрового равляющим од которогратора,входом ратора, тре- аналогово- интегратоу выходом и входом я в код,Сустройстеля напряе входы того и пя- оответстравления,Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в электротехнических установках различного назна"чения, к которым Предъявляются повышенные требования в отношении точности преобразования и измеренияаналоговых сигналов,Известен измерительный преобразователь напряжения, реализующий итерационно-Вычислительный процесс исодержащий, Б частности, элемент ИХ 5 И 5один из входов которого соединенсо входом устройства другой входс выходом обратного преобразователякода в напряжение, а выход - с Бходом прямого преобразователя напряжения в кодр вычислительный блок спамятью, вход которого псдключен квыходу преобразователя напряженияВ код, один иэ Выходов, - к ВходупуеобРазователл коДа Б напРЯжениера другой выхоц - к выходу устройства 11 .Недостаток этого устройства заключаетсЯ в низкой точностир оГРаниченной метрологическими характерис=.тиками обратного преобразователякода в напряжение, число разрядовкоторого должно соответствоватьчислу разрядов результата измерениярпНаиболее близким по техническсйсущности к изобретению является измерительный преобразователь напряжениЯр соДеРкаЩий последовательно.Включенные аналоговый блок Бь 5 чр 5 таниЯр интегРатоР, аналоговый блокпамяти, преобразователь напряженияВ КОДР ЦифРОБОй СУММБТОРр ИСТОЧНИКопорного напряженияр выход котсрого,ЧЕРЕЗ КЛЮЧ СОЕДИНЕН С ОДНИМ ИЗ ВХОдов блока вычитания, другой вход которого подключен к входу устройствакомпаратор с внутренними элементамизадания верхнего и нижнего порогов,вход которого соединен с выходоминтегратора, а выход - с управляющим входом ключа, преобразовательвременного .интервала в код, сигнальный вход которого подключен к выходу компаратора, а выход к соотьетствующему Входу циФрового сумматора, 5 Облок управления, выходы которогосоединены с управляющими Входамианалогового блока памяти и преобразователя временного интервала в код,указанное устройство работаетв два такта, результаты преобразования которых суммируются в цифровомсумматоре. Бо время первого такта,длительность которого постоянна, преобразуемый сигнал Е постоянно при- оОсутствует на первом входе аналогового блока вычитания, к второму Входу которого периодически подводитсяопорные напряжение Е. Длительностьподведения величины Е определяется рКОМ 5 раРаТОРОМ, В МО 5 р ЕНТ ДостижЕНИЯ Выходным напряжением интегратора Верхнего порога компаратора замыка= ется соответствующий ключ, и Вь 5 ходное напряжение интегратора начинает убывать со скоростьюр пропорциональной Ерр - Е, а при достиже 55НР 5 И НижнсГО ПОООга КМпаРаТООа КрР 55 ОЧ раз 5 с 1 Ь 5 КаЕ.с СЯ, И ВЫХОДНОЕ НапряжЕНИЕ ИН 8 ГРаТОРса НачинаЕТ РаСТИ СО СКО ост юр пгзопоРЦионапьно 5, "-, СУРРр 55 РраРрная Длительность пребьБанкя 5(люча В ЗссМКНУ ТОМ СОСТОЯНИИ Р 5 РЕ 06 РазЕТСЯ Б код преобразователем временного интервала Б код и записывается Б циаРовой СУ 5 рматоР В качестве пеРВого51 р 5 ближенного 5 результата преобразз ваниЯр По окончании пеРВОГо такта Олок управления Выдает командр аналоговому блоку тар 5 ятс 5 на эапом 5 нан; е ОСТсТОЧНОГО ВЫХОДНОГО НаПРЯжСНКЯ ИН" тегратора, преобразовател напряжения в код Греобразует его з соответ" СТВУЮЩУЮ ЦИС 5 РОВУЮ ВЕЛИЧИНУр КОтОРаЯ, являясь результатом второго такта,. заноситсЯ в ЦНФРовой сУРр 5 матоР Б качестве поправки к полученному ранее приближенному результату поеобразсванияНеДОст ток изВестного устройства также пр 5 является Б невысокой точ- НОСТИ ИЗ - За НаЛИЧИЯ ГрОГРЕ 5 НОСТ 55 р Обусловленной абсорбцией Д 55 электрика интегрирующего конденсатора в интегРатоРе, Этс. погРешность не .5 ожет быть учтена предварительной кал сбровкойр поскольку нелинейно зависит О 55 дли-. тельно:тей интервалов интегрирования БХОДногс и опОРного напРЯженийр которые, В свою очередь, зависят от Входногс напряжения преобразователя:Целью изобретения Является повьыение точности измерительного устрой.Поставленная цель достигается тем, что Б измерительный преобразователь напРЯжениЯр соЦеРжаший послеДОВательно Включенные интегратср и аналоговый блОк паРр 5 ятир истсчник ОПОРНОГО напРЯ - женил. и первый ключ, преобразователь напряжения Б код и цифровой сумматор, выход коорого соединен с выходом устрОйствар блок ррпсавлениЯр БыхОд которого подключен к управляющему ВХСДУ анаЛОГОВОГО бЛОКа ПаМЯ:Ис БВЕ- дены преобразователь кода Во Вре 55 енной интеРвал, втОРОй, ТРетийр четвеР- тый и пятый ключи,. причем сигнальный вхсд преобразователя кода БО Временной интервал соединен с выходом ци- Рового сУмматоРар а Выход - с УпРавляк 55 цим входом первого ключа,. Выход которого подключен к входу интегратора, второй ключ Включен;ежду входом устройства.и Входом интегратора, третий ключ - между Выходом аналОГОВОГО блока памяти и БхОДОмгде , и - погрешности интегрирования, соответственно входного Ги опорного Е напряжений, обусловленные эффектом абсорбции диэлектрика интегрирующего конденсатора в интеграторе 1 и являющиеся Функцияж интервалов Т и Р, а также числа циклов и,При увеличении и погрешности)1,д ибыстро сходятся к одной постоянной величине 4 , определяемой свойствами диэлектрика интегрирующего конденсатора и не зависящей от длительностей интервалов интегрирования,.= Е 4 д,.=П - 00 р -е СО 5 О В случае достаточного для сходимости и получаем 6 ОПо окончании формирования напряженияЦцЯ ца выходе блока 2 памяВ начале второго цикла блок 12 управления включает .ключ 8 на время Уа , через данный ключ входное напряжение 1 поступает на вход интегратора 1 (участок 21 кривой 0 )ю и интегрируется (участок 22 кривой, ), Далее преобразователем б по команде блока 12 управления вырабатывается временной интервал с длительностью Т , В течение данного интервала замкнут ключ 7, опорное напряжение Е поступает на вход интегратора 1 (участок 23 кривой ) и интегрируется, вызывая соответствующий отклик на его выходе ( участок 24 кривой Ц ). По окон чании интервала интегрйрования опорного напряжения с ключ 7 размыкается, а после завершения паузы с длительностью, как и в первом цикле, равнойЧ, - 1 блоком 12 управ О ления выдается команда блоку 2 памяти на запоминание выходного напря" женияЦ,.) . В результате данной операции на выходе блока 2 устанавливается напряжение( Д 2 (участок 25 25 кривой 08 щ), которое в оставшейся части второго цикла в течение интервала длительностиТ подается через замкнутый ключ 9 на вод интегратора 1 (участок 26 кривой ) и интег.зО рируется, вызывая соответствующий отклик ца его выходе (участок 27 кривой Ц 8,п ),., В последуюших циклах полностью повторяются все операции второго Ззг цикла. Можно показать, что к концу и-го цикла выходное напряжение блока 2 памяти будет соответствоватьЕ хто "ь" 3 ажК рф Ьи) 1"1,О) ти блоком 12 управления замыкается ключ 10 и данное напряжение преобразуется в код преобразователем 33)="3"В ХРезультат преобразования заносится в цифровой сумматор 4 с вессм 1По окончании данной опера.1цик в сумматоре 3 Формируется кодНоминальное значение 1 коэффициента передачи преобразователя 3 выбрано равным УК 6 Е , поэтомуреальный коэффициент передачи можетбыть записан( = -ф"3С у чет ом этогоЕсли предположить, что блок 2 памяти не имеет погрешностей т.е.В = 0 ц М,=-КГх, тох гВ . = - - - (1 ф - ц (Ц = -, 1- (р 1, - (р (1+ Ь )1 Е - К 6 Е,0)Нетрудно заметить, что как результирующая погрешность устройства, так иее составляющая обусловленная абсорбцией диэлектрика в интеграторе 1,представляют собой величины второгопорядка малости, причем последняя,благодаря организации с помощьюпреобразователя б интерационногопроцесса в интеграторе 1, являетсяпостоянной величиной, т.е. не вносит нелинейностей в результат преобразования напряжения,В случае реального блока 2 памяти, обладающего отличным от нулясмещением 8 и погрешностью масштаба,. возникает дополнительная составляющаяпогрешности , -(Е- - яв;"хляющаяся также величиной второгопорядка малости, однако ограничивающей возможности устройства в целомпри повышении его точности,Дальнейшее повышение точностиустройства возможно устранением данной составляющей погрешности, обусловленной остаточным влиянием параметров блока 2 памяти на выходнуювеличину Ч преобразователя 3. Этодостигается с помощью введенногов устройство ключа 11,Специфика данного варианта схемного постороения заключается в том, 1075083что формируемый в первом цикле код М не является результатом преооразования в код выходного напряжения блока 2 памяти, а образуется с помощью преобразователя 3 как результат непосредственного кодирования входного напряжения Е . Вследствие этого в данном варианте исключены запоминание блоком,2 памяти вы-ходного сигнала интегратора 1(участок 15 кривой 0 е) и последую. щее замыкание ключа 10 для подачи напряжения 02 з на вход преобразователя 3 в первом цикле, а вместо указанных операций блоком 12 управления в начале цикла замыкается 15 ключ 11 на время, достаточное для преобразования в код преобразователя 3 входного напряжения Е, Результат данного преобразования записывается в сумматор 4 с обрат ным знаком с весом -"1" , в даль" нейшем код последнего й =41 Е используется, как и ранее, для формирования преобразователем 6 временного интервала длительности 25 Т,В последнем случае М=-М 1 Счто для устройства с постоянно раэомк" нутым ключом 11 эквивалентно использованию в первом цикле идеального блока 2 памяти с= 0 и ВО. В связи с этим в рассматриваемом варианте устройства обеспечивается преобразование в соответствии с выражением 10), т.е. функциониоование ключа 11 обеспечивает устранение дополнительной составляющей погрешности, обусловленной наличием неидеального блока 2 памяти.Таким образом, в предложенном измерительном преобразователе напря" жения благодаря примененной итерационной процедуре сравнения сигналов в аналоговой форме достигнуто значительное повышение линейности преобразованияПредложенная структура построения преобразователя позволя.ет устранить влияние абсорбции диэлектрика . интегрирующего конденсатора на линейность проходной характеристики и, кроме того, снизить погрешность от неидеальности частотных свойств интегратора.ПИ Эаказ 488/33 Тираж б 10 Подписно Филиал ППП 1075083 Патент", г.Ужгород,.ул. Проентн