CS226103B1 - Zapojení stejnosměrného voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení stejnosměrného voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahů napětí tvořeného z měřicího bloku, vyhodnocovacího bloku a indikačního bloku. U stávajících voltmetrů je měřený signál regulován pomocí vstupního kombinovaného děliče, eventuálně přepínáním zisku vstupního, případně měřicího zesilovače. Přepínání bylo dosud řešené pomocí mechanických přepínačů, tedy manuálně. Měření pomocí existujících voltmetrů tedy vyžaduje předběžný odhad měřeného napětí a mechanické přepnutí příslušného vhodného rozsahu. Stávající voltmetry dále netvoří předpoklad pro číslicové zpracování měřeného napětí a pro přímé napojení analogo-číslicových převodníků se do budoucna jeví jako perspektivní.

Objektivní nevýhodou jsou mechanické přepínače, jejich časově nestabilní vlastnosti. Dále jejich cena a pracnost při výrobě.

Zapojení stejnosměrného voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahů podle vynálezu odstraňuje hlavní nedostatky klasického řešení.

Podstatou vynálezu je, že na vstupní svorku měřeného napětí je zapojen minimálně jeden vyhodnocovací komparátor vyhodnocovacího bloku a jednak měřicí zesilovač na jehož výstup je připojen měřič napětí měři2 čího bloku. Výstupy vyhodnocovacích komparátorů jsou zapojeny přes uzlové body na další vstupy měřicího zesilovače a dále na vstupy převodníku napěťových úrovní na jehož výstup je přes dekodér připojena indikační jednotka napěťových rozsahů tvořící spolu indikační blok. Pro zmenšování měřeného signálu s ohledem na využití analogo-číslicového převodníku je mezi vstupní svorku a měřicí blok zapojen řízený dělič napětí na jehož vstup je připojen vstup alespoň jednoho dělicího komparátoru napětí, přitom jejich výstupy jsou přes uzlové body zapojeny na vstupy řízeného děliče napětí a jednak na vstupy převodníku napěťových úrovní, přičemž dělicí komparátory napětí a řízený dělič tvoří dělicí blok. Pro předem definované zmenšení měřeného signálu je mezi vstupní svorku a dělicí blok zapojen pevný dělič napětí. Za účelem vyhodnocování měřených úrovní signálu pomocí počítače je mezi dělící blok a měřicí blok připojen analogo-číslicový převodník.

Přepínání rozsahů a jejich indikace se děje samočinně a zároveň okamžitě, tj. bez nežádoucího zpoždění. To je výhodné hlavně s ohledem na číslicové zpracování signálu počítačem. Je možnost připojení analogo-číslicového převodníku s rozsahem do 1 V vzhledem k zajištění dobré linearity převodu. Dal226103 sí výraznou předností je zrušení mechanických kontaktů v měřicím řetězci a tím zvýšení celkové spolehlivvosti i zjednodušení při mechanická konstrukci přístroje. Je tak zajištěna ochrana mechanického systému měřidla a ručičky před nežádoucím překývnutím mimo stupnici při připojení na měřené napětí na nevhodně zvoleném rozsahu.

Příklad zapojení stejnosměrného voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahů napětí podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese, na němž obr. 1 představuje blokové schéma zapojení, obr. 2 a 3 a tab. 1 praktický příklad využití vynálezu.

V zapojení podle obr. 1 je na vstupní svorku IJ měřeného napětí připojen pevný dělič 1 napětí. Na jeho výstup je připojen řízený dělič 3 napětí a alespoň jeden dělicí komparátor 2 až 2n společně tvořící blok A, Výstupy z dělicích komparátorů 2 až 2n jsou zapojeny přes uzlové body m až u_n na další vstup řízeného děliče 3 napětí a jednak na vstupy převodníku 8 napěťových úrovní. Na výstup řízeného děliče 3 je připojen analogo-číslicový převodník B, vyhodnocovací komparátory 7 až 7n bloku C, dále měřicí zesilovač 4, na jehož výstup je připojen měřič napětí 5 bloku B. Výstupy dělicích komparátorů 7 až 7n jsou přes uzlové body ti až t_n připojeny na další vstupy měřicího zesilovače 4 a jednak na vstupy převodníku 8 napěťových úrovní na jehož výstup je připojen dekodér 8, který je propojen s indikační jednotkou 10 napěťových rozsahů, přičemž převodník 8, dekodér 9 a indikační jednotka 10 tvoří blok D...... .......

Obr. 2 ukazuje praktické uplatnění vynálezu jako stejnosměrného, voltmetru tj. blok. komparátorů napětí, samočinného děliče napětí a měřicího zesilovače. Je zde zahrnuto, i zabezpečení měřidla pomocí zkratovacího kontaktu relé v okamžiku zapnutí proti překývnutí ručičky měřidla mimo stupnici.

Konkrétní obvodová realizace je provedena tak, že vstupní signál se převádí do neinvertujících vstupů vyhodnocovacích komparátorů K 5 a K 6, které mají překlápěcí hladiny nastaveny na 1 V a 3 V. Například u vyhodnocovacího komparátoru K6 napětí je situace taková, že jakmile vstupní napětí překročí 3 V, komparátor překlopí a kladným napětím na svém výstupu zapříčiní sepnutí prvého spínače Tl. Tímto způsobem je realizován za pomocí odporů R4, R5, R6 a spínače Tl dělicí poměr napětí představující lOdB.

Podobná konfigurace je u vyhodnocovacího komparátoru K5 napětí, který je aktivní při napětí nad 1 V. Komparátory K4, K3, K2 a K1 reagují na stejnosměrné napětí 0,3 V, 0,1 V, 30mV a lOmV. Měřený signál je zde zaveden do invertujících vstupů, logika překlápění je opačná. Výstupní signál například vyhodnocovacího komparátoru K1 řídí druhý spínač T2 a mění tak zisk měřicího zesilovače MZ v poměru odporů R9 ku R7 + R8 atd. Analogicky jsou využity výstupní signály komparátorů K2, K3 a K4. Je zde tedy zřejmá souvislost mezi velikosti měřeného napětí, dělicím poměrem děliče napětí a ziskem měřicího zesilovače. Ručička měřidla M se tak stále nachází v horních dvou třetinách stupnice. Měřidlo M je připojeno k výstupu měřicího zesilovače MZ přes odpory R10, Rll s ohledem na citlivost systému a nastavitelnost. Je provedena ochrana ručičky měřicího přístroje pomocí zkratovacího kontaktu relé Re se zpožděným přítahem a zrychleným odpadem v okamžiku zapnutí a vypnutí napájecích napětí — kontakt ai, třetí spínač T3 a relé Re. Vzhledem k možnosti měření kolísajících signálů je u každého komparátoru zavedena napěťová hystereze překlápění například u komparátoru K8 — odpor R3. Omezí se tak chaotické přepínání na rozhraní dvou rozsahů napětí. Referenční napětí je u zmíněného komparátoru zabezpečeno pomocí odporů Rl, R2 přímo ze stabilizovaného napájecího napětí U_N a podobně i u zbývajících komparátorů. Komparátory napětí i měřicí zesilovač jsou realizovány pomocí operačních zesilovačů. Z výstupů komparátorů, například Kí, K3 přecházíme přes omezovači odpory R12, R13 na signály XI, X3 pro převod napěťových úrovní DTL na TTL v návaznosti na obr. 3. Převod úrovní je proveden pomocí diod například D2, zenerových diod, například Dl a tranzistorů například T4. Výstupní signály komparátorů napětí jsou kódovány pro vstup integrovaného dekodéru ID MH 7442 napěťových rozsahů podle pravdivostní tabulky tab. 1, Výstup integrovaného dekodéru ID odpovídajícího rozsahu napětí uzemňuje přes omezovači odpor například R14 katodu svítivé diody D3, která se rozsvítí a tím indikuje příslušný rozsah měřeného napětí.

Obr. 3 představuje blok vyhodnocení rozsahů napětí pomocí integrovaného dekodéru a světelných diod.

Jak již plyne z názvu, uvedené zapojení umožňuje stavbu universálního voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahů napětí, především pro měření stejnosměrného napětí a po zařazení usměrňovače i měření napětí střídavého. Napěťový rozsah i počet rozsahů je s určitým omezením libovolný. Při vyšším napětí než 10 V, eventuálně s ohledem na vstupní impedanci vstupního zesilovače měřeného napětí se použije vstupní dělič napětí. Při nejnižším rozsahu musíme brát v úvahu šumové vlastnosti a drift operačního zesilovače v pozici měřicího zesilovače, prvního stupně usměrňovače nebo vstupního zesilovače. Zapojení dává předpoklad číslicového zpracování — převodu měřeného napětí na číslicový údaj pomocí analogo-číslicového převodníku s rozsahem do 1 V (zajištění linearity převodu).

S

Vynálezu lze využít v národním hospodářství jak v kusové tak sériové výrobě kde se používá pro měření el. napětí běžných voltmetrů.

Claims (4)

1. předmEt

   1. Zapojení stejnosměrného voltmetru s automatickým přepínáním a indikací rozsahů napětí tvořeného z měřicího bloku, vyhodnocovacího bloku a indikačního bloku, vyznačené tím, že na vstupní svorku (U ] měřeného napětí je zapojen minimálně jeden vyhodnocovací komparátor (7 až 7n) vyhodnocovacího bloku (Cj a jednak měřicí zesilovač (4), na jehiož výstup je připojen měřič napětí (5) měřicího bloku (BJ, přičemž výstupy vyhodnocovacích komparátorů (7 až 7n) jsou zapojeny přes uzlové body [ti až t_nj na další vstupy měřicího zesilovače (4) a dále na vstupy převodníku (8) napěťových úrovní, ima jehož výstup je přes dekodér (9) připojena indikační jednotka (10) napěťových rozsahů tvořící spolu indikační blok (D).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že mezi vstupní svorkou (U) a měřicí blok (B) je zapojen řízený dělič (3) napětí, na jehož vstup je připojen vstup alespoň jednoho dělicího komparátorů (2 až 2n) napětí, přitom jejich výstupy jsou přes uzlové body (ui až u_nj zapojeny na vstupy řízeného děliče (3) napětí a jednak na vstupy převodníku (8) napěťových úrovní, přičemž dělicí komparátory (2 až 2n) napětí a řízený dělič (3) tvoří dělicí blok (Aj.
3. 3. Zapojení podle bodů 1 a 2, vyznačené tím, že mezi vstupní svorku (Uj a dělicí blok (A) je zapojen pevný dělič (lj napětí.
4. 4. Zapojení podle bodů 1, 2 a 3, vvyznačené tím, že mezi dělicí blok (AJ a měřicí blok (Bj je připojen analogo-číslicový převodník (6).