Устройство для измерения синусоидального напряжения

ССЮЭ СОВЕТСНИХсаиЛЕа шеиРЕСПУБЛИК 09) 01) зш С 01 К 19/02 ФОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯСИНУСОКЦАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, состоящее из аналого-цифрового преобразователя, блока регистрации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения его функциональных возможностей путем обеспечения проведенияконтроля систем управления в динамическом режиме, а также повышения достоверности и точности измерения путем исключения ложных измерений синусоидального напряжения низкой частоты (единиц и долей герца) и снижения времени измерения до значениявремени полупериода, оно снабженоаналоговым запоминающим устройствоми следящей системой, содержащейпоследовательно соединенные эмиттерный повторитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, логическийблок, счетчик импульсов, реверсивныйсчетчик с предустановкой, блок управления режимом работы аналоговогозапоминающего устройства и генераторопорной частоты, выход которого соединен со счетными входами счетчикаимпульсов и реверсивного счетчика,причем первый выход логического блока соединен с входами начальной установки счетчиков, второй выход логического блока - с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов счетчика импульсов соединены с входами разря-. дов предустановки реверсивного счетчика таким образом, что первый разряд счетчика импульсов соединен с нулевым разрядом реверсивного счетчика, второй разряд счетчика - с первым разрядом реверсивного счетчика и т.д., выходы реверсивного счетчика соединены с входами блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, третий выход логического блока соединен с входом счетчика имР пульсов, четвертый выход логического Щ блока - с разрешающим входом блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с управляющими входамк аналого-цифрового преобразователя Я и аналогового запоминающего устройства, выход аналогового запоминающего устройства соединен с входом эмиттерного повторителя, а его вьмод - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, вьмод которого соединен с управляющим входом блока регистрации, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами блока регистрации. 2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что логический блок выполнен в виде двух последовательно соединенных схем совпадения,формирователя одиночных импульсов,реверсивного счетчика и триггера,причем выход формирователя строб-импульсов соединен с входом первойсхемы совпадения, цепь включенияпитания соединена с входом формирова1104428 теля одиночного импульса, выход которого соединен с 8 -входом триггера,Б-вход которого соединен с выходомреверсивного счетчика, до,д ,4 входы которого соединены с общейточкой, о 11 -вход разомкнут, С-входсоединен с выходом формирователяодиночного импульса, вход "-1" " свыходом формирователя строб-импульсов. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления режимом работы аналогоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системахконтроля или управления.Известен цифровой вольтметр с 5параллельно-последовательным уравновешиванием во времени, содержащийпрограммирующее устройство, декадупороговых элементов, сумматоры, преобразователь код - напряжение, ре-. 10гистр и цифровое отсчетное устройство 1.Недостатком вольтметра являетсянизкое быстродействие и невозможность проведения измерений на низких 15частотах,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяцифровой вольтомметр Р, содержащий аналого-цифровой преобразователь 20(АЦП), состоящий из входного блока,образцового источника напряжения,преобразователя входнык величин внапряжение постоянного тока, генератора опорной частоты, фазового детектора, схемы выделения помехи, синхронизатора, селектора, схемы пропускания, схемы управления и счетчика,блок регистрации, состоящий из схемыопределения знака, дешифратора и от"счетного устройства, причем к одномуиз входов преобразователя напряжениедлительность присоединен входной блок,а к другому - образцовый источникнапряжения. К входу входного блокачерез переключатель подсоединяется вого запоминающего устройства выполнен из трех схем совпадения.и т 1 Фггера, причем первые входы первых двух схем совпадения соединены с выходами реверсивного счетчика с предустановкой, на вторые их входы поданы соответственно, на первый - код М единиц, нв второй - код О,выход первой схемы совпадения соединен с 5 - входом триггера, выход второй - с ,В-входом триггера, первый вход третьей схемы совпадения соединен с выходом. триггера, второй ее вход - с выходом триггера логического блока. шина входного сигнала постоянноготока либо через преобразователь входных величин в напряжение постоянноготока шина входного сигнала переменного тока. Цифровой блок содержит фазовый детектор, генератор опорнойчастоты и синхронизатор, соединенныев кольцо, к входу фазового детекторатакже присоединена схема выделенияпомехи, а к входу синхронизатора -схема пропускания, образующая с нимкольцо, выход синхронизатора соединенс селектором и со схемой определениязнака, селектор, схема определениязнака, отсчетное устройство, дешифра-.тор, счетчик, схема управления исхема пропускания также образуюткольцо, кроме этого, выход селекторасоединен со схемой пропускания авыход схемы пропускания - с входомсчетчика. Преобразователь напряжение -длительность с помощью трансформаторасвязан с синхронизатором, а с помощьювторого трансформатора - с селектором цифрового блока 2. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное наличием на выходе усилителя-выпрямителя фильтра с достаточно большой постоянной времени.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности проведения контроля систем управления в динамическом режиме, а также повышение достоверности и точности измерения путем исключения ложных измерений синусоидального напряжения низкой частоты (единиц и долей герца) и снижения времени измерения до значения времени полупериода.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения синусоидального напряжения, состоящее из аналого-цифрового преобразователя 1 О и блока регистрации, снабжено аналоговым запоминающим устройством (АЗУ) и следящей системой, содержащей последовательно соединенные эмиттерный повторитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, логический блок, счетчик импульсов, реверсивный счетчик с предустановкой, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства и генератор опорной 2 О частоты, выход которого соединен со счетными входами счетчика импульсов и реверсивного. счетчика, причем первый выход логического блока соединен с входами начальной установки счетчиков, второй выход логического блока - с входом реверсивного счетчика, выходы разрядов счетчика импульсов соединены с входами разрядов предустановки реверсивного счетчика таким образом, что первый разряд счетчика импульсов соединен с нулевым разрядом реверсивного счетчика, второй разряд счетчика - с первым разрядом реверсивного счетчика и т.д., выходы реверсивного счетчика соединены с входами блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, третий выход логического блока соединен с входом счетчика импульсов,4 О четвертый выход - с разрешающим входом блока управления режимом работы аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с управляющими ВхОдами аналого циФРОВОГО пре 45 . образователя и аналогового запоминающего устройства, вход аналогового запоминающего устройства соединен с входом эмиттерного повторителя, а его выход - с аналоговым входом ана 5 О лого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с управляющим входом блока регистрации, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с входами блока регистрации,При этом логический блок выполнен в виде двух последовательно соединенных схем совпадения, формирователя одиночных импульсов, реверсивногосчетчика и триггера, причем выходформирователя строб-импульсов соединен с входом первой схемы совпадения, цепь включения питания соединена с входом формирователя одиночногоимпульса, выход которого соединен сЙ-входом триггера, 5 -вход которогосоединен с выходом реверсивногосчетчика, З,с),д-входы которогосоединены с общей точкой, 3, -входразомкнут, С-вход соединен с выходомформирователя одиночного импульса,вход "-1" - с выходом формирователястроб импульсов.Кроме того, блок управления режимом работы аналогового запоминающего устройства выполнен из трех схемсовпадения и триггера, причем первыевходы первых двух схем совпадениясоединены с выходами реверсивногосчетчика с предустановкой, на вторыеих входы поданы соответственно напервый - код щ единиц, на второй -код О, выход первой схемы совпадениясоединен с 5 -входом триггера, выходвторой - с 0 -входом триггера, первыйвход третьей схемы совпадения соединен с выходом триггера, второй еевход - с выходом триггера логическогоблока.На фиг. 1 представлена общая схемаустройства для измерения синусоидального напряжения; на фиг.2 - логический блок; на фиг.З - блок управлениярежимом работы аналогового запоминающего устройства; на фиг.4 - циклограммы работы устройства,Устройство (фиг.1) содержйт эмиттерный повторитель 1, вход котоого ивход АЗУ объединены и являются входомустройства, выход эмиттерного повторителя 1 связан с последовательносоединенными компараъором 2, формирователем 3 строб-импульсов и логическим блоком 4, один выход логическогоблока 4 соединен с входом счетчика5 импульсов, второй - с входами счетчика 5 импульсов и реверсивного счетчика 6 с предустановкой, третий - свходом реверсивного счетчика с предустановкой и четвертый - с входомблока 7 управления режимом работыАЗУ. Выходы счетчика 5 импульсов соединены с входами реверсивного счетчика 6 с предустановкой, а выходыпоследнего - с входами блока 7 управления режимом работы АЗУ, выход кото 1104428рого соединен с входами АЗУ 8 иАЦП 9. Входы счетчика 5 импульсов иреверсивного счетчика 6 с предустановкой соединены с выходом генератора10 опорной частоты. Выход аналогового 5запоминающего устройства 8 связан свходом АЦП 9, выходы которого соединены с входами блока 11 регистрации,причем один из выходов АЦП 9 дополнительно соединен с входом блока 11 ре- Огистрации.Логический блок (фиг.2) содержитпоследовательно соединенные схемы 12и 3 совпадения, вход схемы 12 совпа"дения и вход "-1" реверсивного счетчика 14 с предустановкой объединеныи являются одним из его выходов, вы.ход схемы 13 совпадения являетсявторым выходом блока, логическийблок содержит также формирователь 15одиночного импульса, вход которогоявляется входом блока, .а выход -третьим выходом блока и соединен также с входами реверсивного счетчика14 с предустановкой и триггера 16Входы3 и 3 реверсивного счетчика 14 с предустановкой соединены собщей шиной, вход д, - свободный, авыход соединен с вторым входом триггера 16, выход которого является ЗОчетвертым выходом блока.Блок управления режимом работыАЗУ (фиг.3) содержит две схемы 17совпадения, часть входов которыхобъединены и являются входами блока, З 5остальные входы также объединены исоединены с общей шиной, образуя кодеи код О. Выходы схем 17 совпадениясоединены с входами триггера 18, выход которого связан с входом схемы 4019 совпадения, другой вход которойявляется вторым входом блока, а выход - выходом блока,Устройство работает следующим образом. 45На вход устройства поступает измеряемое синусоидальное напряжение,далее онс разветвляется и попадаетна вход АЗУ 8 и на вход эмиттерногоповторителя 1 следящей системы, 50В режиме слежения выходное напряжение аналогового запоминающего устройства 8 повторяет входное напряжение до момента подачи команды нахранение информации, когда запоминает 55ся потенциал в той точке кривой, гдеего застала команда "Хранение информации" или "Запоминание". С выхода эмиттерного повторителя,играющего роль развязывающего зенасигнал попадает на компаратор, гдепреобразуется в прямоугольные.импульсы той же частоты М 8 ы.ко 4 п) далпо передним и задним фронтам этихже импульсов с помощью формирователястроб-импульсов вырабатывается сигналы и Ц ььх.рорм.стра.имо. ксторыепоступают на вход логического блока4, Логический блок 4 управляет работой счетчика 5 импульсов, реверсивного счетчика 6 и блока 7 управлениярежимом работы АЗУ. В счетчик 5 импульсов записывается определенноечисло импульсов .от генератора 10опорного напряжения за время, длящееся между передними .фронтами двухследующих один за другим строб-импульсов, причем при поступлении импульса происходит перепись информациив реверсивный счетчик и затем черезлинию 12-13 задержки сброс информации счетчика 5, после чего счетчик5 опять начинает счет импульсов. Запись информации в реверсивный счетчик 6 ср счетчика 5 происходит сосдвигом на один разряд, т,е. в реверсивный счетчик 6 записывается вдвоеменьше импульсов, чем в счетчик 6.Сразу же после записи предустановкив реверсивный счетчик 6 начинаетсяобратный счет, и по обнулению информации в нем появляется сигнал "Вью.реверс. счетч. Этот сигнал поступает на блок 7 управления режимомработы АЗУ 8, с выхода которого выдается команда одновременно на запись информации в АЗУ 8 и на началоизмерения с помощью АЦП 9. По окончании измерения с АЦП выдается сигнална регистрацию результата измерения.При включении устройства (цепьвключения на фиг,1 не показана)сигналом начального сброса триггер 16разрешения работы АЗУ устанавливаетсяв "О", одновременно в счетчик 14 запуска (выполнен на микросхеме реверсивного счетчика) записывается код 2 с входов Йб д 1 3 и 3 по команде, поступившей на его С"вход. После поступления на вход "-1" счетчика 14 второго строб-импульса после включения устройства им на выходе " й 0" вырабатывается сигнал установки триггера 16 в рабочее положение "Разрешение работыАЗУ", Триггер 16 остаетсяв этом положении вплоть до выключенияустройства. Это обеспечивает защиту от ложных измерения и основано на том, что первый импульс после включения устройства пропускается, а измере. ние начинается с второго. Включение 5 устройства может произойти в любой момент времени изменения мгновенных значений синусоиды, а так как в устройстве есть усипитель и компаратор, то в момент включения произойдет 10 практически мгновенное нарастание сигнала на выходе компаратора, что приведет к появлению импульса на выходе формирователя, Поэтому измерение производится по второму импульсу. 15Кроме того, в логическом блоке предусмотрена задержка на время переписи данных счетчика в устройство предустановки реверсивного счетчика, после чего происходит сброс для на чала нового цикла, Все это дает возможность повысить достоверность и точность измерения иэ-за исключения факторов случайности.В блоке управления режимом работы 25 АЗУ (фиг.З) имеется два цифровых компаратора (схемы 17 совпадения), один из которых настроен на в импульсов, другой - на О. Первый компаратор за в импульсов до измерения переводит 3 О блок 7 управления режимом АЗУ из режима хранения в режим слежения, а по срабатыванию второго компаратора АЗУ переходит в режим хранения, с этого момента производятся измерения.Прохождение управляющего сигнала на АЗУ вентилируется с помощью схемы 19 совпадения сигналом разрешения работы АЗУ с триггера 16. Число в выбирается в зависимости от опорной 4 О частоты так, чтобы времени прохождения т импульсов хватило для перехода АЗУ из режима хранения в режим слежения с тем, чтобы после установления режима слежения опять перейти в режим хранения. Для реальных АЗУ оно оценивается в 5 мкс. Это обеспечивает повышение достоверности результатов измерений, .так как логика работы устройства дает возможность избежать случайных измерений, когда запомнено предыдущее значение напряжения,.Сигнал, снимаемый с выхода АЗУ (Б, у), показан на фиг.4.Устройство производит измерение амплитуды входного сигнала в момент наступления полупериода, причем с точностью до долей градуса в зависимости от частоты измеряемого напряжения. АЗУ хранит в течение 10 мс информацию с уменьшением потенциала всего на 0,17 Этого времени достаточно для провеДения нескольких замеров АЦП.Кроме того, устройство позволяет измерять напряжения с частотой до долей герца, так как в нем нет элементов, зависящих от частоты. При этом время замера не превышает полу- периода после первого измерения. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить работу автоматических следящих систем, где используются датчики, работающие на переменном токе, а также дает возможность проводить контроль следящих систем в динамическом режиме, позволяя измерять синусоидальное напряжение низкой частоты за время, равное полупериоду частоты измеряемого сигнала.1104428ирод записи юоаа 6 реЮерс, счетчик трад сдлс чеачика мпульсод Яажльньа Яораиеае райть А104428 Разрешенце робота А амв,Ребере, счетюк Составитель Г, КрапиваТехред Т.Маточка Юрковецк едакто орректор А.дзятк Заказ 520 Патент",ектная,Ужгород Фили йщрорм.строб-иип Счетчмяи 6 иы 08 ив, руре еетч. ВНИИПИ по 3035, Моираж 711 ПодписноеГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 АЗУ ХЮ