Цифровой интегрирующий вольтметр

. В. Герасименко, Ю. В. Леонов, Г, Е,и Н.Ф. Сидоренко 1) Заявите РОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТМЕ зуетсячи 1Устройство относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения среднего значения переменных напряжений произвольной формы.известен цифровой вольтметр, содержащий устройства сравнения и подключенный к одному иэ его входов генератор опорного пилообразного напряжения, период которого много больше периода измеряемого напряжения, а также логическое устройство, блок управления, ключи и интегратор 1 .Недостатками данного устройстваявляются низкая точность и помехо устойчивость при измерении переменных напряжений.Известен цифровой интегрирующийвольтметр, содержащий устройствосравнения и подключенный к одномуиз его входов генератор опорного пилообразного напряжения, период которого много больше периода измеряемого напряжения, а также последова,тельно соединенные генератор импульсов эталонной частоты, ключевой элемент, двоично-десятичный счетчик,отсчетное устройство, усилитель-ограничитель и логический блок, причемгенератор опорного пилообразного напряжения выполнен двухполярным иподключен на вход усилителя-ограниочителя, выход которого подсоединенк одному из входов логического блока, к другому входу которого подключен выход устройства сравнения,на вход которого непосредственноподается измеряемое напряжение, авыходы логического блока подключенысоответственно к управляющему входуключевого элемента и шинам сложенияи .вычитания реверсивного двоичного десятичного счетчика, соединенногос отсчетным устройством 2 1,Однако устройство характеринизкой точностью и помехоустой74287 востью при измерении переменных напряжений.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости при измерении переменных напряжений.Поставленная цель достигается тем что в цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий тактовый генератор, выполненный на датчике длительности цикла измерения, вход которого соединен с первым входом тактового генератора, подключенным к шине опорного напряжения, а выход - с первым выходом тактового генератора, подключенным к входу генератора опбрно" го пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной входного сигнала, а прямой и инверсный выходы которого соединены соответственйо с первым и вторым входами логического блока, выполненного на элементе 2-2 И-ИЛИ, первые, вторые и четвертые входы которого соединены соответственно с первыми, вторыми, третьими и цетвертыми входами логического блока, первый выход которого соединенс управляющим входом ключевого элемента, информационный вход которого тора, а выход - с первым входом интегратора, выход которого соединенс отсчетным устройством, в него введены инвертор, второй и третий блоксравнения второй ключевой элемент,в тактовый генератор введены четвертые и пятые блоки сравнения, а логический блок введены второи, третий,четвертый, пятый и шестой элементы2-2 И-ИЛИ, первый и второй вхьды второго элемента 2-2 И-ИЛИ соединены соответственно с пятым и шестым входами логического блока, первый и втовертого элементов 2-2 И-ИЛИ соединены с третьим входом логицеского блока, а их цетвертые входы - с четвертым входом логического блока, причем выход первого элемента 2-2 И-ИЛИ соединен с первыми входами пятого и шестого элемента 2-2 И-ИЛИ, при этом выход второго элемента 2-2 И-ИЛИ соедиНа фиг. 1 приведена функциональная схема цифрового вольтметра; на нен со вторыми входами пятого и шестого элементов 2-2 И-ИЛИ, выход третьего элемента 2-2 И-ИЛИ - с третьимвходом пятого и четвертым входом шестого элементов 2-2 И-ИЛИ, выход четвертого элемента 2-2 И-ИЛИ - с четвертым входом пятого элемента 2-2 И-ИЛИ,подключенного к первому выходу логического блока, и третьим входом шес 10 того элемента 2-2 И-ИЛИ, выход которого соединен со вторым выходом логического блока, подключенного куправляющему входу второго ключевогоэлемента, информационный вход которо 15 го соединен с выходом эталонного генератора, а выход - со вторым входоминтегратора, при этом первый входвторого блока сравнения соединен непосредственно с выходом генератора2 О опорного пилообразного напряжения ивходом инвертора, а второй входс выходом инвертора и первым входомтретьего блока сравнения, апрямой иинверсный выходы второго блока срав 25 нения соединены соответственно стретьим и четвертым входами логического блока, пятый и шестой выходы которого соединен соответственно спрямым и инверсным выходами третьего блока сравнения, второй вход косоединен с выходом эталонного генера- торого соединенс шиной входного напряжения, причем вторые прямой и инверсный выходы тактового генераторасоединены с седьмым и восьмым входа 35ми логического блока, третий прямойи инверсный выходы тактового генератора соединены с девятым и десятымвходами логического блока, кроме того, первые входы четвертого и пятого блоков сравнения соединены с первым входом тактового генератора, второй вход четвертого блока сравнениясо вторым входом тактового генератора, подключенного к выходу генераторой входы третьего элемента 2-2 И-ИЛИ ра пилообразного опорного напряже 45сОответственно с седьмым и восьмым ния, а второй вход пятого блока сраввходами логического блока, а первый ненил - к третьему входу тактовогои второй входы четвертого элемента генератора, подключенного к выходу2-2 И-ИЛИ соответственно - с девятым инвертора, прямой и инверсный выхои десятым входами логического блока ды четвертого блока сравнения соедитретьи входы второго, третьего и чет- нены соответственно со вторым прямым, и инверсным выходами тактового генератора, а прямой и инверсныйвыходы пятого блока сравнения - стретьим прямым и инверсным выходамитактового генератора,5 974фиг. 2 - временные диаграммы работыотдельных его узлов,Вольтметр содержит блоки 1-3 сравнения, генератор 4 опорного пилообразного напряжения, инвертор 5, тактовый генератор 6, логический блок 7,выполненный на элементах 8-.132-2 И-ИЛИ, эталонный генератор 14,ключевые элементы 15 и 16, интегратор 17 и отсчетное устройство 18. 1 юl (Тактовый генератор 6 содержит бло.ки 19 и 20 сравнения и задатчмк 21длительности цикла измерения.Измеряемое напряжение О подаетсяна первые входы блоков 1 и 3 сравне- иния, на вторце входы которых поступает прямое и инвертированное пилообразное напряжение с выхода генератора 4 и инвертора 5. Синхронизирующий вход генератора 4 пилообразного 2 фнапряжения соединен с выходом задат"чика 21 длительности цикла тактового генератора 6, Прямые и инвертированные выходы блоков 1, 2, 3, 19и 20 сравнения соединены со входами 25логического блока 7, выходами подключенного к управляющим входам ключей 15 и 16. Выход эталонного генератора 14 через ключи 15 и 16 свя-зан с суммирующим и вычитающим вхо- зрдами интегратора 17, выходом соединенного с отсчетным устрйством 18.Цикл измерения задается тактовым генератором 6, на выходе задат"чика 21 длительности цикла образуются импульсы запуска (Фиг. 2, 22)генератора 4 опорного пилообразногонапряжения. Прямое опорное пилообразное напряжение Ог (фиг. 2, 23) подается на входы блоков 1, 2 и 20сравнения. а инвертированное Ог(фиг. 2, 23) - на блоков устройствсравнения 2, 3 и 19.Измеряемое периодическое напряже-ние Ох (фиг. 2, 23) подается на сигнальные входы блоков 1 и 3 сравнения,а опорное напряжение Оо (фиг. 2, 23)через первый -вход тактового генератора 6 на вторые входы блоков 19 и 20сравнения и синхронизирующий вход задатчика 21 длительности цикла.Опорное напряжение О представляет собой переменное напряжение, частота и Форма, которого соответствуютизмеряемому напряжению, амплитударавна максимально предельному значению измеряемого сигнала, а фаза поотношению к измеряемому напряжениюО может составлять 0 или У . На пря 287 б мых и инверсных выходах блоков 1 и 3 сравнения образуются прямоугольные импульсы, когда измеряемое напряже" ние О больше или меньше пилообразного напряжения Ог(О).На фиг, 2, 24 и 2,25 показаны напряжения на прямых вцходах блоков 1 и 3 сравнения соответственно при Фазе сигнала О, изображенного на фиг. 2, 23 сплошной линией. При изменении фазы сигнала О на У (на фиг. 2, 23 показан штриховой линией) напряжение, показанное на фиг. 2, 24, образуется на выходе блока 3 сравнения, а на фиг, 2, .25 на выходе блока 1 сравнения.Блок 2 сравнения из прямого и инвертированного пилообразного напряжения формирует прямоугольные импульсы (фиг. 2, 26).На выходах блоков 19 и 20 сравнения тактового генератора 6 образуют" ся прямоугольные импульсы, длительность которых равна временнцм интервалам, когда опорное напряжение Ов больше или меньше текущего значения1 пилообразного напряжения Ог(Ог).На фиг, 2, 27 и 2, 28 показаны напряжения на выходах устройств сравнения 19 и 20, а на фиг. 2, 31, 2, 32- на выходах элементов 10 и 11 соответственно.Прямые и инверсные выходы блоков 1, 2, 3, 19 и 20 сравнения подключены ко входам элементов 8, 9, 10, 11 логического блока 7.В результате, при фазе сигнала О, изображенного на фиг. 2, 23 сплошной линией, напряжение на выходе элемента 8 соответствует" представленно" му на Фиг. 2, 29, а на выходе элемента 9 - на фиг. 2, 30. При изменении Фазы сигнала О на .9 напряжение в соответствии с фиг. 2, 29 образуется на выходе элемента 9, а в соответствии с фиг. 2, 30 - на выходе элемента.8.Выходы элементов 8-11 подключены ко входам элементов 12 и 13 логического блока 7. При нулевом фазовом сдвиге между сигналами О и Ох импульсы фиг. 2, 29 совпадут по времени с импульсами фиг. 2, 31, а импульсы фиг. 2, 30- с импульсами Фиг. 2, 32 на выходе элементов 1 О и 11 соответственно и на выходе элемента 12 образуется напря-, жение фиг. 2, 33. На выходе элемен 7 9742 та 13 будет при этом постоянно присутствоват 6 нулевой уровень.При изменении фазы сигнала О на Л отмеченное выше временное совпадение импульсов будет происходить 3 на входах элемента 13, и сигнал фиг. 2, 33 появится на выходе этой схемы, а на выходе элемента 12 будет постоянно присутствовать нулевое напряжение. 10Таким образом, при нулевой фазе через ключ 15 происходит подключение эталонного генератора 14 к суммирующему входу интегратора 17, а при фазе - через ключ 1 б - к вычитающему входу интегратора.К концу цикла измерения отсчетное устройство 18 зафиксирует величину на выходе интегратора 17, пропорциофнальную среднему значению измеряе мого переменного напряжения, причем . знак результата измерения содержит ,информацию о фазе измеряемого напря женияРезультат измерения является пре- ф образованием усредненных за цикл измерений мгновенных значений переменного напряжения, В устройстве в результате использования для измерения обеих полуволн переменного напря- ЗО жения удваивается число измерений мгновенных значений входного сигнала за один цикл, что обеспечивает повышение точности измерения, особенно при флуктуациях амплитуды изме- з ряемого сигнала.Использование в устройстве опорного. сигнала обеспечивает повышение помехоустойчивости по. сравнению с прототипом. В случае флуктуацией по Фо фазе входного напряжения обеспечивается селективное измерение составляющих синфазный и противофазный прямоугольному напряжению, подаваемому на логический блок с тактового генератора, и подавление составляющих с фазовым сдвигом, отличающимся от значений 0 или У относительно опорного сигнала Оо.Формула изобретенияЦифровой интеГрирующий вольтметр, содержащий тактовый генератор, выполненный на датчике длительности цикла измерения, вход которого соединен с первым входом тактового генератора, подключенным к шине опорного 87напряжения, а выход - с первым выходом тактового генератора, подключенным к,входу генератора опорного пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй .вход которого соединен с шиной входного сигнала, а прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами логического блока, вы" полненного на элементе 2-2 И-ИЛИ, первые, вторые, третьи и четвертые входы которого соединены соответственно с первыми, вторыми, третьими и четвертыми входами логического блока, первый выход которого соединен с управляющим входом ключевого элемента, информационный вход которого соединен с выходом эталонного генератора, а выход - с первым входом интегратора, выход которого соединен с отсчетным устройством, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения среднего значения переменного напряжения и повышения помехоустойчивости, в него введены инвертор, второй и третий блоки сравнения, второй ключевой элемент, в тактовый генератор введены четвертые и пятые блоки сравнения, а в логический блок введены второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы 2-2 И-ИЛИ, первый и второй . входы второго элемента 2-2 И-ИЛИ соединены соответственно с пятым и шестым входами логического блока, первый и второй входы третьего элемента 2-2 И-ИЛИ соответственно - с седьмым и восьмым входами логического блока, а первый и второй входы четвертого элемента 2-2 И-ИЛИ соответственнос девятым и десятым входами логического блока, третьи входы второго, третьего и четвертого элементов 2-2 И-ИЛИ соединены с третьим входом логического блока, а их четвертые входы - с четвертым входом логического блока, причем выход первого элемента 2-2 И-ИЛИ соединен с первыми входами пятого и шестого элемента 2-2 И-ИЛИ, при этом выход второго элемента 2-2 И-ИЛИ соединен со вторыми входами пятого и шестого элементов 2-2 И"ИЛИ, выход третьего элемента 2-2 И-ИЛИ - с третьим вхрдом пятого и четвертым входом шестого элементов 2-2 И-ИЛИ, выход четвертого элемента 2-2 И-ИЛИ - с четвертым входом пятого элемента 2"2 И-ИЛИ, подключенного к первому выходу логического блока, и третьим входом шестого элемента 2-2 И-ИЛИ, выход которого соединен со вторым выходом логического блока, подключенного к управ- уляощему входу второго ключевого элемента, информационный вход которог 1соединен с выходом эталонного генератора, а выход - со вторым входоминтегратора, при этом первый вход 10второго блока сравнения соединен непосредственно с выходом генератораопорного пилообразного напряжения,и входом инвертора, а второй вход -с выходом инвертора и первым входом 35третьего блока сравнения, а прямойи инверсный выходы второго блокасравнения соединены соответственнос третьим и четвертым входами логи"ческого блока, пятый и шестой выходы которого соединены соответственнос прямым и инверсным выходами третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с шиной входного напряжения; причем вторые прямой и ин- Иверсный выходы тактового генераторасоединены с седьмым и восьмым входами логического блока, третий прямойи инверсный выходы тактового гене 28710ратора соединены с девятым и десятым входами логического блока, кроме того, первые входы четвертого и пятого блоков сравнения соединены с первым входом тактового генератора, второй вход четвертого блока сравнения - со вторым входом тактового генератора, подключенного к выходу генератора пилообразного опорного напряжения, а второй вход пятого блока сравнения " к третьему входу тактового генератора, подключенного к выходу инвертора, прямой и ичверсный выходы четвертого блока сравнения соединенысоответственно со вторыми прямым и инверсным выходами тактового генераторад прямой и инверснййвыходы пятого блока сравнения - с третьими прямым и инверсным выхода" ми тактового генератора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цифровые электроизмерительныеприборы. Под ред. В.Н. Шляндина. ИфЗнергияф, 1972, с. 176-178.2. Авторское свидетельство СССРй 235201, кл. С 01 й 19/25, 1967Редакт ректор В. Прохненко Тираж 717 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Иосква, Ж, РаЗаказ 8689/63 Подписнкомитета СССРи открытийшская наб,д,илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная