Цифровой вольтметр

Вовс а юте иает мтент 1 о-тйхаюеескюЮио делам изобретений и открытий(54) ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР Изобретение относится к измеритель-., ной технике и может быть использовано при точных измерениях с использованием преобразователей типа напряжение-частота или напряжение-интервал времени,Известен цифровой вольтметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, задающий генератор, источник образцового напряжения, реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделения нуля, входной пе 10 реключатель, переключатель режима работы и блок. индикации, причем вход преобразователя напряжения в частоту соединен с общим контактом входного перет 5 ключателя, коммутируемые контакты которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником об-. разцового напряжения и общей шиной, выход реверсивного счетчика подключен ко входу первой схемы выделения нуля, выход преобразователя напряжения в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задающего генератора соединен с одним из входов второго элемента И 1,Однако данный вольтметр имеет малуюточность измерения.Известен также цифровой вольтметр,содержащий входной переключатель, преобразователь напряжение-частота, источник образцового напряжения, три элемента И, задающий генератор, три переключателя режима работы, три. реверсивныхсчетчика, один из .которых выполняетфункции счетчика выходных импульсов,две схемы выделения нуля, схему сравнения, блок управления и блок индикации,причем вход преобразователя соединен собщим контактом входного переключателя,коммутируемые контакты которого соединены соответственно с входной клеммойвольтметра, выходом источника образцового напряжения и общей шинойустройства, Первый вход первого элемента И подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, а первые входы второго и третьего элементов И под3ключены соответственно к общим контактам первого, второго и третьего переключателй режима работы, коммутируемые контакты каждого из которых подключены соответственно к входам сложения и вычитания первого, второго и третьего реверсивных счетчиков. Выходы первой и второй схем выделения нуля, а также выход схемы сравнения подключены к соответствующим входам блока управления, выходы которого подключены сот-етственно ко вторым входам элеменгов И и управляющим входам переключателей режима работы, входного переключателя и блока индикации 21.В вольтметре реализуется итерационный метод автоматической коррекции по- грешностей, при котором осуществляется последовательное приближение результатов измерений к истинному значению из- щ меряемой величины.Однако недостатком известного устройства является необходимость проведения большого количества тактов измерений, что снижает быстродействие вольт метра, усложняет измерительный процесс, Количество тактов увеличивается с .повышением точности измерений и умень шением крутизны преобразования напряжения в частоту, при этом возникает ЗО противоречие между "требуемой точностью и величиной случайной погрешности, которая возрастает с увеличением числа тактов. Кроме того, в известном вольтметре имеют место значительные потери рабочего времени из-аа многократной перекоммутации аналоговых сигналов, что также снижает его быстродействие и повышает требования к коммутирующим устройствам. Уменьшение же,числа тактов приводит к снижению точности измерений.Целью изобретения является. повышение быстродействия и точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что в цифровой вольтметр, содержащий задающий юенератор, входной переключатель, первый, второй, третий .и четвертый входы которого соответственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с общей шиной, с выходом источника образцового напряжения, а выход подключен ко входу преобра-, зователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом первого переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитаюпдч входами первого реверсивного счетчика, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом . второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитаюшим входами второго реверсивного счетчика, а второй вход соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом счетчика выходных импульсов, введены арифметический блок, регистр, элемент ИЛИ, элемент задержки, формирователь пакета импульсов, формирователь кода операции, формирователь сигнала округления и коммутатор, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход - с первым информационныь входом арифметического блока, второй информационный вход которого соединен с выходом регистра, при этом первый выход соединен со входом счетчика выходных импульсов и с первым входом элемента ИЛИ, а второй выход соединен с первым входом регистра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом формирователя кода операции и через формирователь сигнала округления подключен к седьмому выходу блока управления, при этом третий вход соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователя пакета импульсов, первый и второй входы которого соединены :оответственно с задающим генератором и восьмым выходом блока управления, при этом выход формирователя кода операции соединен с третьим входом арифметического блока.На чертеже представлена электрическая структурная схема цифрового вольтметра.Вольтметр содержит входной переключатель 1, преобразователь 2 напряжения в частоту, входную шину 3, источник 4 образцового напряжения, общую шину 5, первый и второй элементы И 6 и 7, первый и второй переключатели 8 и 9 режима работы первый и второй реверсивные счетчики 10 и 11, блок 12 управления, задающий генератор 13, счетМ У Т где й =М - М о 1 Зф й=й -й где В течение четвертого такта производится обработка и коррекция результатов измерений; полученных в предыдуших трех тактах, При этом блок 12 управления закрывает оба элемента И 6 и 7 и выдает сигнал разрешения на формирователь 21 пакета импульсов, который иэ последовательности импульсов, выраба- тываемых задающим генератором 1,3, формирует определенное количество М импульсов коррекции, соответствующее величине образцового напряжения на выходе источника 4. С выхода формирователя 21 импульсы коррекции поступают соответственно на управляющий вход коммутатора 16, на второй вход элемента ИЛИ и на первый управляющий вход формирователя 22. Причем, при наличии импульса коррекции, коммутатор 16 находится в состоянии, при котором на информационный вход 24 арифметического блока 17 поступает код числа, записанного в реверсивном счетчике 10. При этом формирователь 22 вырабатывает код операции сложения, а арифметический 5 7986 чик 14 выходных импульсов блок 15 индикации, коммутатор 16, блок 16 управления, регистр 18, элемент ИЛИ 19, элемент 20 задержкиформирователь 21 пакета импульсов, формирователь 225 кода операции, шину 23 "Пускф, первый информационный вход 24 арифметического блока, второй информационный вход 25 арифметического блока.Цифровой вольтметр производит авто матическую коррекцию погрешностей согласно формуле(х) - результат измерения определяемого параметра;(р) - результат поверки образцовой меры. Цифровой вольтметр работает следующим образом.25По команде "Пуск" блок 12 управления вырабатываеттри равных временных интервала Ти для трех измерительных тактов и один временной интервал Т для такта коррекции.В первом такте измерений входной переключатель 1 установлен в положение; при котором преобразователь 2 напряжения в частоту подключен к выходной клемме 3 вольтметра, первый элемент И 6 открыт, второй. элемент И 7 закрыт, а переключатель 8 режима работы установлен в положение, при котором выход первого элемента И 6 подключен ко входу сложения первого реверсивного счет= щ чика 10. Импульсы с частотой 1 с выхода преобразователя 2 через элемент И 6 и переключатель 8 поступают на вход сложения реверсивного счетчика ХО, в котором к концу первого такта записывается,ц число, равное 1 Ч= Х 1 Т.Во втором такте измерений блок 12 управления переводит входной переключатель 1. в положение, при котором вход преобразователя 2 подсоединен к источни- у ку 4 образцового напряжения, первый элемент И 6 закрыт, второй элемент И 7 открыт, а переключатель 9 режима работыустановлен в положение, при котором выход элемента И 7.соединен со вхо- у дом сложения реверсивного (второго) счетчика 11. Преобразователь 2 вырабатывает импульсы с частотой 1, которые через элемент И 7 и переключатель 9 поступают на вход сложения реверсивного счетчика 11. 3 а время длительности второго такта измерений в счетчике 1 1 запишется число, равное В третьем такте измерений блок 12 управления устанавливает переключатель 1 в положение, при котором ко входу преобразователя 2 подключена общая шина 5, оба элемента И 6 и 7 открыты, а переключатели 8 и 9 режима работы находятся в положении, при котором выходы первого и второго элементов И 6 и 7 соответственно подключены ко входам вычитания первого и второго реверсивных счетчиков 10 и 11. Импульсы с частотой следования 4, вырабатываемые преобразователем 2, через элементы И.6 и 7 и переключатели 8 и 9 поступают нв входы вычитания счетчиков 10 и 11, состояния которых в конце третьего такта измерений определяются соответственно следующими выражениями й - количество импульсов, поступающих от преобразователя 2 в течение третьего такта, равное7986 блок 17 производит суммирование чисел,поступающих на информационные входы24 и 25, и выдает результат сложенияна информационный вход регистра 18,который первоначально находится в нулевом состоянии. Запись информации в регистр 18 производится этим же.импульсом коррекции, прошедщим через элемент ИЛИ и задержанным в схеме 20на время выполнения операции в арифметическом блоке 17.При отсутствии импульса. коорекциикоммутатор переходит в состояние, прикотором на информационный вход арифметического блока 17 поступает код числа, записанного в счетчике 11. Формирователь 22 вырабатывает код операции вычитания, при этом число, поступающее на вход 25 блока 17, являетсяуменьшающим, а число, поступающее на 20вход 24 - вычитаемым, Если разностьположительна или равна нулю, т.е. числона входе 25 больше или равно числу навходе 24, то на соответствующем выходеарифметического блока 17 происходит 25формирование импульса, который черезэлемент ИЛИ, элемент 20 задержкипроизводит запись кода разности в регистр 18. Одновременно этот же импульс поступает на вход счетчика 14 30выходных импульсов. Если же разностьчисел, поступающих на . ,информационные входы 24 и 25, отрицательна, тоимпульс на выходе арифметического блока 17 не формируется, а запись результата вычитания в регистр 18 не производится. В дальнейшем работа вольтметрапроисходит аналогичным образом.При поступлении с выхода формировате. ля 21. Е -го ймпульса коррекций арифметический блок 17 вырабатывает следующие значения результатов сложения ивычитания соответственноР,=фп( 4- )-,( кд- ЪаюР = мМ,1- м) - Ь ы 1 +И 2- ъ)В=3., 2, ЗМ,и - количество выходных имМ пульсов, сформированных из(М -О импульсов коррекции,равноей 1-йЪф-3 при где Всего в течение четвертого такта на/ 35вход счетчика 14 поступает количество., импульсов, равноей 1-й2" Ъ 8Так как в данном выражении величина М является числоимпульсным представлением "обоазцовой камеры, а величины Й, М 2 и Й представляют собой соответственно результат измерения определяемого параметра, результат поверки образцовой меры и результат поверки нуля, то очевидно,что в четвертом такте производится обработка результатов измерений.по, .алгоритму автоматической коррекции погрешностей согласно формуле ( 3.), а число, записанное в счетчике 14 выходных импульсов, представляет собой скорректированный результат измерений.Если принято, что преобразователь 2 напряжения в частоту имеет линейную характеристику преобразования, то точность измерений практически будет определя;ься только точностью источника 4 образцового напряжения и не .зависит от длительности измерительных тактов Ти и такта коррекции Тк, Длительность Т ограничивается минимальной частотой импульсов, вырабатываемых преобразователем 2, и практически всегда может быть выбрана достаточно малой. Длительность Тк такта коррекции ограничена лищь быстродействием арифметического устройства 17 и может быть значительно меньше длительности Т измерительных тактов.Таким образом, вольтметр, по сравнению с известным, позволяет существенно повысить оперативность измерений, причем количество тактов измерений всегда остается постоянным и не зависит от требуемой точности.Разрешающая способность вольтметра может быть легко увеличена, для этого формирователь 21;пакета импульсов должен вырабатывать количество импульсов, равное= М 10 к1 где К - количество десятичных разрядов результата измерения после запятой.Кроме того, для повышения точности измерений в вольтметре производитсяокругление результата, полученного в счетчике 14, до половины единицы младшего разряда. Для этого, по окончании такта коррекции блок управления выдает сйгнал, который поступает на вход 24 формирователя сигнала округления, формирователь вырабатывает импульс, поступающий на второй управляющий вход формирователя 22 кода операции, при9 798611 этом последний переводит арифметический блок 17 в режим удвоения числа,хранящегося в регистре 18 и поступающего на информационный вход 25. Этот же импульс с выхода формирователя сигнала округления поступает на третий вход элемента ИЛИ и, пройдя элемент задержки производит запись результата удвоенияв регистр 18. По окончании импульсаокругления формирователь 22 переводит . 10 арифметический блок 17 в режим вычитания. Коммутатор 16 находится в состоянии, при хотором на информационный вход 24 блока 17 поступает число, записанное в счетчике 3.1. При этом, если И число, поступающее на вход 25, равноили большечисла, поступающего на вход 24, то на выходе арифметического бло- ка 17 формируется импульс, которыйпоступает на вход счетчика 14. В прот ном случае импульс на выходе блока 17 не формируется, и результат, измерения записанный в счетчике 14 остается без)изменения.На этом блок управления останавли-вает процесс измерения и выдаетразрешеющий сигнал в блок индикации. Дляпроведения следующего измерения необходимо подать управляющий сигнел нашину 23 "Пуск".Использование вольтметра обеспечивает по сравнению с существующими повышение быстродействия и точности измерений, Кроме того, наличие выхода скорректированного результата измерения в унитарном коде делает возможным достаточно просто производить.линеаризецию херактеристик измерительныхпреобразователей и функциональные числоимпульсные преобразования без дополнительных затрат рабочего времени. 10 ив 2625 30 М 40 4 50 формула изобретения Цифровой вольтметр, содержащий за-. дающий генератор, входной переключатель, первый, второй, третий и четвертый. входы которого соответственно соединены с входной шиной, с первым выходом блока управления, с обшей шиной, с выходдм источника образцового напряжения, а выход подключен ко входу преобразователя напряжения в частоту, выход которого соединен с первым входом, первого элемента И, выход которого соединен. с первым входом первого переключателя ре-жима работы, выходы которого соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами первого реверсивного счетчиха, а второй вход соединен со вторымвыходом блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого элемента И и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго переключателя режи-ма работы, выходы которого соединенысоответственно с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного,счетчика, а второй вход соединен с пя-тым выходом блока управления, шестойвыход. которого соединен с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом счетчика выходных импульсов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью,повышения быстродействия и точности измерений, введеныарифметический блок, регистр, элементИЛИ, элемент задержки, формировательпакета. импульсов, формирователь кодаоперации, формирователь сигнала оКруг.ления и коммутатор, первый и второйвходы которого соединены соответственно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков, а выход - с первыминформационным входом арифметическогоблока, второй информационный вход которого соединен с выходом регистра, приэтом первый выход ,соединен . со входом счетчика выходных импульсов и спервым входом элемента ИЛИ, а второйвыход соединен с первым входом регистра, второй вход которого через элемент задержки соединен с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом формирователя кодаоперации и через формирователь сигналаокругления подключен к седьмому выходу блока управления, при этом третийвход соединен с третьим входом коммутатора, вторым входом формирователя кода операции и выходом формирователяпакета импульсов, первый.и второй входы которого соединены соответственнос задающим генератором и восьмым выходом блока управления,.при этом выходформирователя кода опереций соединен стретьим входом арифметичесхого блока. Источники информации,принятые во внимание.при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМф 317081, кл. Н 03 К 13/20,24. 12.69.2. Авторское свидетельство СССРМ 550763, кл. 601 Й 19/2624.02.75.79861 1 авитель Л., Беляевахред Т.Маточка Кор Редакто Данко .Т р С/55 Тираж у 43;ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и откры 1.3035, Москва,: Ж, Раушск Заказ 10018 Подписноетета СССРтийнаб., д. 4/5 Патент, г, Ужгород, ул. Проектная,ф