Цифровой омметр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН З С 01 К 27/14//С О 1 К 27/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ОМИТЕТ СССРИЙ И (ЛНРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТСРСН 0 МУ СВИДТЛСТУ(71) Сибирский Филиал Всесоюзногоордена Трудового Красного Знаменинаучно-исследовательского института гидротехники им,Б.Е.Веденеева(54) (57) ЦИФРОВОЙ ОММЕТР по авт.св. В 983580, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерения, введены второй и третийэлементы ИЛИ, последовательно соединенные пятый элемент И, КБ-триггер,шестой и седьмой элементы И, делитель частоты, причем выход первогоэлемента И соединен со счетным ЯОИО 5 29 А входом первого счетчика через второй элемент ИЛИ, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго счетчика через третий элемент ИЛИ, первый вход пятого элемента И сое динен с-м выходом первого счетчика, второй вход - с вторым выходом первого триггера, К-вход КБ-триггера соединен с выходом тактового генератора, второй вход шестого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, а выход дополнительно соединен с входами управления реверсивного счета первого и второго счетчиков,. второй вход седьмого элемента И соединен .с выходом .генератора 9 квантующих импульсов, а .выход дополнительно соединен с вторыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, С вход "Сброс" делителя частоты сое- динен с выходом тактового генерато- ф ра, а выход - с третьим входом шестого элемента И.1 1 105Изобретение относится к электро-радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении высокоточных измерителей омического сопротивления.фПо основному авт,св. В 983580 известен цифровой омметр, содержащий тактовый генератор, генератор квантующих импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь, компаратор,О элемент И, счетчик, преобразователь сопротивление - напряжение, индикатор, источник опорного напряжения, цричем выход источника опорного иа 15 пряжения соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом компаратора, другой Вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление - напряжение, выход генератора квантующих импульсов соединен с первымвходом элемента И, выход которого соединен со счетным уходом счетчика, вход "Сброс" которого25 соединен с выходом тактового генератора, дифференцирующую цепь, и элементов ИЛИ, три элемента И, блок управления, второй цифроаналоговый преобразователь, компаратордва триггера, два счетчика, ключ, сумматор, элемент ИЛИ, причем выход тактового генератора соединен с первым входом элемента ИЛИ, входом первого и второго триггеров, входом 11 Сброс" второго счетчика и третьим входом 35 блока управления, выход генератора квантующих импульсов соединен с входом второго и третьего элементов И, выход первого компаратора соединен с входом четвертого элемента И, пер вым входом блока управления и через дифференцирующую цепь с вторым входом первого триггера и вторым входом элемента ИЛИ, и выходов первого счетчика через и элементов 45 ИЛИ соединены с п- входами первого цифроаналогового преобразователя, другие входы и элементов ИЛИ соединены с выходом четвертого элементов И, второй вход которого через 50 второй триггер соединен с выходом второго компаратора, вторым входом блока управления и с вторым входом третьего элемента И, выход .которого соединен со счетным входом второго 55 счетчика, выходы которого соединены с индикатором, первый и второй выходы блока управления соединены с дру 829гими входами первого и второго элементов И соответственно, выход второго элемента И соединен через счетный вход третьего счетчика с входамивторого цифроаналогового преобразователя, выход которого через сумматорсоединен с первым входом второго компаратора и преобразователем сопротивление - напряжение, выход элемента ИЛИ соединен с входом "Сброс" третьего счетчика, первый выход первого триггера через ключ соединен свторым входом сумматора, выход второго триггера соединен с первым входом третьего элемента И, второй входвторого компаратора соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а входы второго цифроаналогоного преобразователя и двавхода ключа соединены с источникамиопорного напряжения 1 1,Недостатком известного омметра является низкая точность измерения вобласти измеряемых сопротивлений,близких к нулю, обусловленная конечной скоростью изменения выходного напряжения цифроаналогового преобразователяЦель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем, что в цифровой омметр, содержащий тактовый генератор, генератор квантующих импульсов, первый цифроаналоговый преобразователь, компаратор, элемент И, счетчик, преобразователь сопротивление-напряжение, индикатор, источник опорного напряжения, причем выход источника опорного напряжения соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом компаратора, другой вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление-напряжение, выход генератора квантующих импульсов соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, вход "Сброс" которого соединен с выходом тактового генератора, дифференцирующую цепь, и элементов ИЛИ, три элемента И, блок управления, второй цифроаналоговый преобразователь, компаратор, два триггера, два счетчика, ключ, сумматор, элемент ИЛИ, причем выход тактового генератора соединен с первым входом элемента И 8, входом первого и второго триггеров, входом"Сброс" второго счетчика и третьим входом блока управления, выход генератора квантующих импульсов соединен с входом второго и третьего элементов И, выход первого компарато 5 ра соединен с входом четвертого элемента И, первым входом блока. управления и через дифференцирующую цепь с вторым входом первого триггера и вторым входом элемента ИЛИ, и выходов первого счетчика через ь элементов ИЛИ соединены с о входами первого цифроаналогового преобразователя, другие входы и элементов ИЛИ соединены с выходом четвертого элемента И, второй вход которого через второй триггер соединен с выходом второго компаратора, вторым входом блока управления и с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выходы которого соединены с индикатором, первый и второй выходы блока управления соединены с другими входами первого и второго элементов И соответственно, выход) второго элемента И соединен через счетный вход третьего счетчика с входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого через сумматор соединен с первым входом второго компаратора и преобразователем сопротивление - напряжение, выход элемента ИЛИ соединен с входом "Сброс" третьего счетчика, первый выход первого триггера через ключ соединен с вторым входом сумматора, выход второго триггера соединен с первым входом третьего элемента И,40 второй вход второго компаратора соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а входы второго цифроаналогового преобразователя и два входа ключа соединены45 с источниками опорного напряжения, введены второй и третий элементы ИЛИ, последовательно соединенные пятый элемент И, КБ-триггер, шестой и седьмой элементы И, делитель частоты, причем выход первого элемента И50 соединен со счетным входом первого счетчика через второй элемент ИЛИ, выход третьего элемента И соединен со счетным входом второго счетчика через третий элемент ИЛИ, первый вход пятого элемента И соединен с 1 -м выходом первого счетчика, второй вход - с вторым выходом первого триггера, К-вход КБ-триггера соединен с выходом тактового генератора,второй вход шестого элемента И соединен с первым выходом первоготриггера, а выход дополнительно соединен с входами управления реверсивного счета первого и второго счетчиков, второй вход седьмого элемента И соединен с выходом генератораквантующих импульсов, а выход дополнительно соединен с вторыми входами второго и третьего элементовИЛИ, вход "Сброс" делителя частотысоединен с выходом тактового генератора, а выход - с третьим входомшестого элемента И.На чертеже приведена блок-схемацифрового омметра.Цифровой омметр содержит тактовый генератор 1, счетчики 2-4, триггеры 5 и 6, блок управления 7, цифроаналоговый преобразователь 8,ключ 9, сумматор 10, генератор 11квантующих импульсов, элемент И 12,цифроаналоговый преобразователь 13,компаратор 14, преобразователь 15сопротивление-напряжение, элементИ 16, комнаратор 17, дифференцирующую цепь 18, элемент ИЛИ 19, элементИ 20,п элементов ИЛИ 21, 1-21 иэлемент И 22, индикатор 23, элементы ИЛИ 24 и 25, элемент И 26,ВБ-триггер 27, элементы И 28 и 29,делитель частоты 30. Выход тактового генератора 1 соединен с входом "Сброс" счетчиков 2 и 4, первым входом элемента ИЛИ 9, с входами триггеров 5 и 6, третьим входом блока управления 7, с К-входом КЯ-триггера 27 и с входом"Сброс" делителя частоты 30, выход генератора 11 квантующих импульсов соединен с первыми входами элементов И 16, 12, 22 и 29, первые входы цифроаналоговых преобразователей 8 и 13 и два входа ключа 9 соединены соответственно с выходами И , И И , Ио 4 источника опорного напряжения (на чертеже не показан), выход цифроаналогового преобразователя 8 соединен с входом компаратора 17, другой вход которого соединен с выходом преобразователя сопротивление - напряжение, а выход - с входом элемента И 20, первым входом блока управления 7 и через дифференцирующую цепь 18 с вторым входом триггера 6 и вто 1105829рым входом элемента ИЛИ 19 и выходов счетчика 2 через и элементов ИЛИ 2 1. 1-21 о соединены с и входами цифроаналогового преобразователя 8, другие входы и элементов 5 ИЛИ 2 1. 1-2 1 и соединены с .выходом элемента И 20, второй вход которого через триггер 5 соедине с выходом компаратора 14, вторым входом блока управления 7 и с вторым входом элемента И 22, выход которого через элемент ИЛИ 25 соединен со счетнь 1 м входом счетчика 4, выходы которого соединены с индикатором 23. первый и второй выходы блока управления 7 15 соединены с другими входами элементов И 16 и 12 соответственно, выход элемента И 12 соединен через счетный вход счетчика 3 с входами цифроаналогового преобразователя 13, 20 выход которого через сумматор 10 соединен с первым входом компаратора 14 и преобразователем сопротивление - напряжение 15, выход элемента ИЛИ 19 соединен с выходом25 "Сброс" счетчик 3, первый выход триггера 6 через ключ 9 соединен с вторым входом сумматора 10, выход триггера 5 соединен с первым входом элемента И 22, второй Вход компа ратора 14 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 8, выход элемента И 16 соединен со счетным входом счетчика 2 через элемент ИЛИ 24, первый вход элемента И 26 соединен с 1-ым выходом счетчика 2, второй вход - с вторым выходом триг" гера 6, а выход - с Б-входом КБ-триггера, выход которого соединен через последовательно соединенные элементы 0 И 28. и 29 с входом делителя частоты 30 второй вход элемента И 28 соединен с первым выходом триггера б, а выход соединен с входами управления реверсивного счета счетчиков 2 и 4, 45 выхоц элемента И 29 соединен с вторыми входами элементов ИЛИ 24 и 25 выход делителя частоты 30 соединен с третьим входом элемента И 28.1Устройство работает следующим об 50разом,Весь процесс измерения проходитчетыре этапа.Первый этап: установка устройствав исходное состояние, затем измерение минимального выходного напряжения 0 цифроаналогового преобразоователя 8,С приходом импульса с тактовогогенератора 1 устанавливаются в"нуль" счетчики 2 - 4, триггеры 5 и б,ВБ-триггер 27, прямой выход блокауправления 7, а его инверсный выходи выход делителя 30 частоты - в"единицу". При этом на выходе цифроаналогового преобразователя 8 появляется максимальное отрицательное напряжение Оо соответствующее нулевомусостоянию счетчика 2, а с выхода ключа 9 на один из входой сумматора 10поступает отрицательное опорноенапряжение 0 В 1)Ц 1.озИмпульсы с генератора 11 квантующих импульсов через элемент И 12поступают .на счетный вход счетчика 3.Выходное напряжение цнфроаналогового преобразователя 13 поступает навторой вход сумматора 10, В результате на выходе сумматора 10 появляется ступенчато нарастающее напряже"ние и как только его выходноенапряжение сравняется с напряжением0 цифроаналогового преобразователя 8,срабатывает компаратор 14. В результате того срабатывает триггер 5и блок управления 7, на прямом выходе которого устанавливается потенциал "единицы", а на инверсном "нуля", останавливается счетчик 3, а навыходе сумматора 10 остается напряжение равное 0Второй этап: хранение напряжения 0 на выходе сумматора 10 (счеточик 3 остановлен и хранит код, записанный в нем, а с выхода ключа 9на сумматор 10 поступает постоянное опорное напряжение 0 ), на выходе преобразователя 15 сопротивление - напряжение имеется напряжениеХО 0 1 0В то же время импульсы с генератора 11 квантующих импульсов через элемент И 16 и элемент ИЛИ 24 поступают на счетный вход счетчика 2, на вход управления реверсивного счета которого с выхода элемента И 28 поступает потенциал "нуля", разрешающий операцию сложения. На выходе цифроаналогового преобразователя 8 появляется ступенчато нарастающее напряжение, и как только оно сравняется с напряжением Ц,о, сработает компаратор 17.Одновременно на этом этапе производится анализ величины измеряемого сопротивления К по отношениеюк величине опорного сопротивления КоВеличина К пропорциональна величине У , которая в свою очередь пропорциональна числу (коду) Следовательно, наблюдая за состоянием счетчика 2 до момента срабатывания компаратора 17 (после чегоначинается следующий этап измерения)можно судить о величине К,Исходя из технических условий наэлементную базу находится время дС, щза которое напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 8 изменяется от У, до нуля с точностьюйд + Бо)/(2 -1). Отсюда определяется коэффициент деления М делителя 30 И Ъй 2, где Г - частотаогенератора 1 1 квантующих импульсов,и находится номер разряда (величина 1 )счетчика 2,Ко Все ( о .( иг - 2 30 где и - число двоичных разрядовсчетчика 2,Таким образом, если величина Кхокажется меньше. величиный, 1+Я , ниже которой1начинает существенно возрастатьвеличина погрешности измерения за0счет конечной скорэсти изменения выходного напряжения цифроаналоговогопреобразователя 8, то за время второго этапа сигнал с выхода 1 -горазряда счетчика 2 через элемент И 265поступит на Б-вход Ю-триггера 27,на выходе которого появляется потенциал "единицы", не изменяющийся доначала следующего цикла измерения. Третий этап: измерение напряжения И . Продифференцированный импульс с дифференцирующей цепи 18 поступает на счетный вход триггера 6 и через элемент ИЛИ 19 на "Сброс" счетчика 3, С выхода элемента И 20 потенциал "единицы через элементы ИЛИ 21,1-21,поступает на управляющие входы цифроаналогового преобО т.е. величина К на этом этапе соответствует примерно число (2"-1)/2, а 1 о величина К соответствует-1) /(2 Ко) разователя 8. В результате на его выходе появляется максимальное положительное напряжение 0, а с выхода ключа 9 на вход сумматор 10 поступает положительное опорное напряжение 004(11 04 ( 01) ф на прямом выходе блока управления 7 устанавливается потенциал "нуля", и на инверсном - единицы, и импульсы с генератора 11 квантующих импульсов через элемент И 12 поступают на счетный вход счетчика 3. Как только напряжение на сумматоре 10 сравняется с напряжением О цифроаналогового преобразователя 8, сработает компаратор 14, триггер 5 вернется в исходное состояние, потенциал "едини 1цы снимается со входов элементов ИЛИ 21, 1-21 ь и на управляющие входы цифроаналогового преобразователя 8 поступит код, записанный в счетчике 2,Одновременно с этим, если сработал КЯ-триггер 27, на выходе элемента И 28 появляется потенциал "единицы", который поступает на входы управления реверсивного счета счетчиков 2 и 4, разрешая операцию вычитания. На выходе элемента И 29 появляется последовательность импульсов, поступающая через элемент ИЛИ 24 на счетный вход счетчика 2 и через элемент ИЛИ 25 на счетный вход счетчика 4. Просчитав М импульсов, делитель 30 переполняется, на его выходе появляется потенциал "нуля", который закрывает элемент И 28. В результате код в счетчике 2 уменьшится на величину М, а в счетчик 4 запишется число -И. Если же КЯ-триггер 27 не срабатывает, элементы И 28 и 29 закрыты и состояние ,счетчиков 2 и 4 не изменяется. Четвертый этап: на выходе сумматора 10 сохраняется напряжение, равное У (счетчик 3 опять остановлен). На выходе преобразователя 15 сопротивление-напряжение теперь уже имеется напряжение Б,= У К/Ка, на прямом выходе блока управления 7 устанавливается потенциал "единицы", а на инверсном - "нуля".Импульсы с генератора 11 квантующих импульсов через элемент И 16 и элемент ИЛИ 24 поступают на счетный вход счетчика 2 и одновременно через элемент И 22 и элемент ИЛИ 25 на счет ный вход счетчика 4, на вход управ1105829 ления реверсивного счета которых опять р выхода элемента И 28 поступает потенциал "нуля", разрешающий сложение входных импульсв. Как только напряжение цифроаналогового преобразователя 8 сравняется с напряжением (1, вновь сработает компаратор 17 На обоих выходах блока управления 7 устанавливаются потенциалы "нуля" импульс с дифференцирующей цепи 18 поступает на счетный вход триггера 6, возвращая его в исходное состояние, и через элемент ИЛИ 19 на вход "Сброс" счетчика 3, счетчики 2-4 останавливаются. Результат измерения в виде цифр высвечивается на индикаторе 23.С приходом следующего импульса с тактового генератора 1 цикл измерения повторяется.Результат измерения Ив случае, если К,Ко(2 - 1-2"l/(2"-1), определяется по Формуле1 х (2 1)/1 о 1 10 где К - измеряемое сопротивление, Ко - образцовое сопротивление,и - количество двоичных разрядов цифроаналогового преобразователя 8.В случае, если К ( К (2 -1-2 )/х о/(2 -1), результат измерения И определяется по Формуле 1 у " (.(2 1)х/о 1 ( ) / о 10 Очевидно, что результат измерения в области измеряемых сопротивлений, близких к нулю, (К ( К (2 -1-2 7/иф х о/(2 -1 не зависит от конечной скорости изменения выходного напряже ния цифроаналогового преобразователя 8, поскольку число В выбирают изусловий достижения им за времяй=М/Г, напряжения, пропорционального коду, записанному в счетчике 2 20 в конце третьего этапа измерения.Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении точности измерения в диапазоне измеряемых сопротивлений, близких к нулю, 25 что дает возможность использоватьего в приборах, работающих в районахкрайнего Севера и Сибири.