SU1164617A1 - Voltmeter - Google Patents
Voltmeter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1164617A1 SU1164617A1 SU833672799A SU3672799A SU1164617A1 SU 1164617 A1 SU1164617 A1 SU 1164617A1 SU 833672799 A SU833672799 A SU 833672799A SU 3672799 A SU3672799 A SU 3672799A SU 1164617 A1 SU1164617 A1 SU 1164617A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- output
- input
- comparator
- voltage
- key
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Description
Изобретение относится к технике электроизмер'ений, в частности к вольтметрам, и может быть использовано для измерения напряжений.The invention relates to techniques for electrical measurements, in particular to voltmeters, and can be used to measure voltages.
Цель изобретения - расширение . динамического диапазона.The purpose of the invention is expansion. dynamic range.
На фиг.1 приведена блок схема вольтметра; на фиг,2 - первый блок управления, вариант выполнения'; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы вольтметра.Figure 1 shows the block diagram of a voltmeter; in FIG. 2, the first control unit, an embodiment of '; in fig. 3 and 4 - timing charts of the voltmeter.
Вольтметр содержит первый анало-. говый ключ 1, первый вывод которого подключен к входной шине, а другой через первый резистор 2 соединен с входом операционного усилителя 3, соединенным с выходом операционного усилителя 3 через первый конденсаторThe voltmeter contains the first analog. gob key 1, the first output of which is connected to the input bus, and the other through the first resistor 2 is connected to the input of the operational amplifier 3 connected to the output of the operational amplifier 3 through the first capacitor
4, второй аналоговый ключ 5, первый вывод которого подключен к выходу . первого источника опорного напряжения 6, а другой через второй резистор 7 - к входу операционного усилителя 3, первый компаратор 8, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя 3, второй с общей шиной, блок 9 совпадения, вход которого соединен с выходом первого компаратора 8, а выход - со счетчиком-индикатором 10, и первый блок 11 управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 1, второй выход с управляющим входом второго ключа4, the second analog switch 5, the first output of which is connected to the output. the first reference voltage source 6, and the other through the second resistor 7 to the input of the operational amplifier 3, the first comparator 8, the first input of which is connected to the output of the operational amplifier 3, the second with a common bus, a coincidence unit 9, the input of which is connected to the output of the first comparator 8 and the output is with an indicator counter 10, and the first control unit 11, the first output of which is connected to the control input of the first key 1, the second output to the control input of the second key
5, третий выход - .с управляющим входом блока 9 совпадения, а также соединенные последовательно второй конденсатор 12 и третий аналоговый ключ 13, включенные параллельно первому конденсатору 4, второй компаратор 14, первый вход которого5, the third output - with the control input of the coincidence unit 9, as well as the second capacitor 12 connected in series and the third analog switch 13 connected in parallel to the first capacitor 4, the second comparator 14, whose first input
I подключен к выходу операционного 'усилителя 3, второй источник 15 опорного напряжения, подключенный'· к второму входу второго компаратора. 14, второй блок 16 управления,первый вход которого соединен с выходом второго компаратора 14, второй - с выходом первого компаратора 8 и входом первого блока 11 управления, а выход - с управляющим входом третьего ключа 13.I is connected to the output of the operational amplifier 3, the second source 15 of the reference voltage, connected to the second input of the second comparator. 14, the second control unit 16, the first input of which is connected to the output of the second comparator 14, the second - to the output of the first comparator 8 and the input of the first control unit 11, and the output to the control input of the third key 13.
Первый блок 11 управления содержит, например, задающий генератор 17, выход которого подключен к делителю 18 частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И 19, второй вход которогоThe first control unit 11 comprises, for example, a master oscillator 17, the output of which is connected to a frequency divider 18, the output of which is connected to the first input of the first element I 19, the second input of which
подключен к выходу задающего генератора 17, инвертор 20, выход которого соединен с первым входом второго . элемента И 21, второй вход которого подключен к выходу делителя 18 частоты. Выход делителя 18 частоты является первым выходом, выход второго элемента И 21 - вторым выходом, выход первого элемента И 19 - третьим выходом, а вход инвертора 20 входом блока 11 управления.connected to the output of the master oscillator 17, the inverter 20, the output of which is connected to the first input of the second. element And 21, the second input of which is connected to the output of the frequency divider 18. The output of the frequency divider 18 is the first output, the output of the second element And 21 is the second output, the output of the first element And 19 is the third output, and the input of the inverter 20 is the input of the control unit 11.
Второй блок 16 управления может быть выполнен в виде КЗ-триггера.The second control unit 16 may be implemented as a short-circuit trigger.
Вольтметр работает следующим образом.The voltmeter works as follows.
В исходном состоянии все аналоIговые ключи разомкнуты, конденсаторы 4 и 12 разряжены. Таким образом в интеграторе обеспечены нулевые начальные условия на момент начала измерений.In the initial state, all analogue switches are open, capacitors 4 and 12 are discharged. Thus, zero initial conditions are provided for the integrator at the time of the start of measurements.
Цикл работы вольтметра включает два такта.The cycle of the voltmeter includes two cycles.
В первом такте происходит интегрирование измеряемого изменяющегося случайным образом пульсирующего напряжения (например, модуля или квадрата напряжения случайного сигнала) или детерминированного пульсирующего напряжения, а во втором такте - интегрирование обратного по знаку постоянного эталонного напряжения. Для этого на управляющий вход первого аналогового ключа 1 от первого блока 11 управления. подается сигнал (фиг.За), который открывает ключ в первом такте •и закрывает во втором. На управляющий вход второго аналогового ключа 5 в первом такте подается от первого блока 11 управления запирающий сигнал (фиг.36). Третий аналоговый ключ 13 в начале первого такта закрыт сигналом (фиг.Зд) от второго блока 16 управления'.In the first cycle, the measured randomly varying pulsating voltage (for example, the modulus or square of the voltage of a random signal) or the deterministic pulsating voltage is integrated, and in the second cycle, the opposite reference voltage is integrated. For this purpose, to the control input of the first analog key 1 from the first control unit 11. a signal is sent (fig.Za), which opens the key in the first bar • and closes in the second. The control input of the second analog key 5 in the first cycle is supplied from the first block 11 of the control locking signal (Fig.36). The third analog key 13 at the beginning of the first cycle is closed by a signal (FIG. 3) from the second control unit 16 '.
В первом такте Т1 под воздействием входного напряжения иах через резистор 2 протекает ток, благодаря чему конденсатор к концу первого такта накапливает заряд ς пропорциональный интегральному значению входного напряжения за период интегрирования Т1 .In the first cycle T1, under the influence of the input voltage and ah , a current flows through the resistor 2, due to which the capacitor accumulates a charge концу proportional to the integral value of the input voltage over the integration period T1 by the end of the first cycle.
τ,.τ,
11646171164617
где и - интегральное значениеwhere and is the integral value
входного напряжения за ? время от 0 до Т1;input voltage for? time from 0 to T1;
- сопротивление резистора 2. Напряжение на конденсаторе 4 5- resistance of resistor 2. Capacitor voltage 4 5
(фиг.Зв) при этом пропорционально интегральному значению преобразуемого напряжения и6х за период интегрирования и обратно пропорций-. нально постоянной времени интегра- · 10 тора(fig.Zv) at the same time is proportional to the integral value of the converted voltage and 6x for the period of integration and inversely proportions-. the integral time constant of the integrator · 10 torus
'вых'out
%_% _
С.WITH.
6Х6X
(2)(2)
1515
где С, - емкость конденсатора 4; Е1-С1 - постоянная времени заряда ^зыр. 4 ’where C is the capacitance of the capacitor 4; E 1 -C 1 - the time constant of charge ^ zyr. four '
Постоянная времени заряда 'Г'3е)р η выбрана так, чтобы напряжение на конденсаторе за К-ю часть интервала интегрирования Т1 входного напряжения при максимальном интегральном значении входного напряжения ивх. Мо(кс. достигало максимального напряжения на выходе интегратора и вых. макс , т. е.The charge time constant 'Г' 3е) р η is chosen so that the voltage on the capacitor is in the Kth part of the integration interval T1 of the input voltage at the maximum integral value of the input voltage and in . Mo (ks . Reached the maximum voltage at the output of the integrator and the output max., I.e.
2020
2525
(3)(3)
Максимальное напряжение на вы- ед ходе интегратора определяется величиной опорного напряжения источника 15, которое подается на второй вход компаратора 14. При равенстве напряжений на входах компаратор 14 срабатывает и его выходной сигнал (фиг.Зг) поступает на первый вход второго блока 16 управления, который формирует на выходе сигнал (фиг.Зд), который вклю- 40 чает третий аналоговый ключ 13.The maximum voltage at the output of the integrator is determined by the magnitude of the reference voltage of the source 15, which is fed to the second input of the comparator 14. When the inputs are equal, the comparator 14 is activated and its output signal (Fig. 3g) is fed to the first input of the second control unit 16, which outputs a signal (fig.Zd), which included 40 chaet third analog switch 13.
Для надежной работы компараторFor reliable operation comparator
14 должен обладать гистерезисом.14 must have a hysteresis.
Емкость в цепи обратной связи операционного усилителя 3 увеличиваетсяThe capacitance in the feedback circuit of the operational amplifier 3 increases
л г г -^«Рl g g - ^ “p
Фыи/СфФ" β, - β^Phy / SfF "β, - β ^
•(4)•(four)
5050
где С2 - емкость конденсатора 12.where C 2 is the capacitance of the capacitor 12.
В результате происходит перерас-.As a result, there is a re-.
пределение заряда между двумя кон- 55 денсаторами 4 и 12. Напряжение на ' выходе интегратора после распределения заряда между конденсаторамиcharge distribution between two capacitors 55 and 5 capacitors. Voltage at the integrator output after charge distribution between the capacitors
проис(6)happening (6)
ивь(У £ ,если неучитывать напряжение, на которое зарядились конденсаторы за время переходного процесса входным напряжением, становится равнымand vj (V £, if one ignores the voltage on which the capacitors charge during the transient process by the input voltage, it becomes
вых.микс „ ивых.макс ивыхЛ " Г-4 =-к-''out-mix " and out- max and out-G" 4 = -k- ''
Дальнейшее интегрирование ходит с постоянной времениFurther integration runs with a time constant.
Чир С 4Chir C 4
При этом если на входе вольтметра в течение времени Т1 действует напряжение со значением, равным иеХ мо(кс , то на выходе интегратора напряжение снова достигает значения ·υβ4>ιχ макс ·Moreover, if at the input of a voltmeter a voltage acts for a time T1 with a value equal to eX mo (ks , then at the output of the integrator the voltage reaches again the value · υ β4> ιχ max ·
Второй такт интегрирования Т2 начинается с закрывания ключа 1 и открывания ключа 5 от блока 11 управления сигналами (фиг.За и б) и интегрирования с использованием резистора 7 постоянного опорного напряжения иоп от источника 6, противоположного по знаку входному. Ключ 13 продолжает оставаться от- крытым, что определяется сигналом с второго блока 16 управления (фиг.Зд).The second integration clock T2 begins with closing the key 1 and opening the key 5 from the signal control unit 11 (FIG. 3a and b) and integrating using a constant reference voltage resistor 7op from source 6, opposite in sign input. Key 13 continues to remain indoor, which is determined by the signal from the second control unit 16 (FIG. 3).
С момента начала интегрирова,ния опорного напряжения ϋοη заряд на конденсаторе, а следовательно, и напряжение на выходе интегратора линейно уменьшается с временем ί:Since the beginning of the integration of the reference voltage ϋ οη, the charge on the capacitor, and hence the voltage at the integrator output, decreases linearly with time:
вых’out ’
оabout
ЭхEh
(7)(7)
(в)(at)
где ^раз = К2- - постояннаяwhere ^ time = K 2 - - constant
времени разряда·,discharge time ·,
К2 - сопротивление резистора 7. 2 - the resistance of the resistor 7.
На блок 9 совпадения в течение второго такта Т2 от блока 11 управления подаются счетные импульсы (фиг.Зе) однако, срабатывая, компаратор 8 прекращает поступление их через блок 9 совпадения в счетчик-индикатор 10.In block 9 of coincidence, during the second clock cycle T2, counting pulses are fed from control unit 11 (FIG. Ze), however, when triggered, comparator 8 stops their flow through block 9 in coincidence into counter-indicator 10.
Срабатывание компаратора 8 происходит в момент времени б, приThe operation of the comparator 8 occurs at time b, with
5 . 1five . one
равенстве нулю напряжения на выходе интегратора, т.е. при компенсации заряда эталонным напряжением, откуда:equal to zero voltage at the output of the integrator, i.e. when compensating for charge with a reference voltage, from where:
ίχίχ
О)ABOUT)
2" 2 "
(.10)(.ten)
ЭТ "ίET "ί
В момент срабатывания компаратора 8 происходит отключение от входа интегратора эталонного напряжения аналоговым ключом 5.At the time of operation of the comparator 8 is disconnected from the input of the integrator reference voltage analog key 5.
В результате на начало нового цикла интегрирования обеспечивается нулевое начальное- условие на интегрирующих конденсаторах 4 и 12, а также переключение в исходное состояние второго блока 16 управления, сигнал с выхода которого размыкает аналоговый ключ 13. Таким образом, снова устанавливается исходное состояние вольтметра.As a result, at the beginning of the new integration cycle, a zero initial condition is provided on the integrating capacitors 4 and 12, as well as a reset to the initial state of the second control unit 16, the signal from the output of which opens the analog key 13. Thus, the initial state of the voltmeter is again set.
Время интегрирования опорного напряжения ϊ2 пропорционально интегральному значению напряжения за интервал интегрирования Т, (10), это же справедливо и для количества импульсов п, накопившихся в счетчике-индикаторе 10,The integration time of the reference voltage ϊ 2 is proportional to the integral value of the voltage over the integration interval T, (10), the same is true for the number of pulses n accumulated in the counter-indicator 10,
'2.'2.
^ЭТ ^2.ТСЧ^ ET ^ 2. T MF
(1-1)(1-1)
где Тсц - период счетных импульсов. Соотношение постоянных времени ·where T ss is the period of counting pulses. The ratio of time constants ·
прямого-и обратного интегрирования (сопротивления и К2), период счетных импульсов’ ТСч и значение эталонного напряжения и^т выбраны таким образом, что количество им164617 6direct and reverse integration (resistance and K 2 ), the period of the counting pulses' T C and the value of the reference voltage and ^ t are chosen in such a way that the number of them is 164617 6
пульсов, а следовательно, и код в счетчике-индикаторе 10 равны числовому значению параметра входной величины (напряжению или мощности).pulses, and consequently, the code in the counter-indicator 10 is equal to the numerical value of the parameter of the input quantity (voltage or power).
5 С началом нового цикла работы 5 With the beginning of a new work cycle
вольтметра включается ключ 1. Процессы измерения повторяются.The voltmeter turns on key 1. Measurement processes are repeated.
Если среднее значение напряжения на входе за период интегриро10 вания Т1 меньше ^и.Вх мо|кс , то второйIf the average value of the voltage at the input 10 for the period of integration Bani T1 ^ and less. BxMax , then the second
конденсатор 12 не подключается на всем интервале Т1. Получив, заряд, определяемый входным напряжени15 θΜ υβχ, конденсатор 4 имеет к концу такта напряжение в К раз большее, чем было бы при подключении конденсатора 12 в цепи обратной связи усилителя 3.the capacitor 12 is not connected throughout the T1 interval. Having received the charge determined by the input voltage 15 θΜ υ βχ , the capacitor 4 has a voltage K times the end of the cycle than it would have been if the capacitor 12 was connected in the feedback circuit of the amplifier 3.
2020
'Т1 П' T 1 P
1 гиа«сП=·^— [υΒχάΐ, (и) 1 r and a «сП = · ^ - [υ Β χ άΐ, (and)
ΖΒΧ Ζ ΒΧ
2525
30thirty
Время обратного интегрирования ί2 при этом не изменяется, так как оно не зависит от величины емкости (10) .The time of reverse integration ί 2 does not change here, since it does not depend on the size of the capacitance (10).
Следовательно, крутизна выходного напряжения и вьщ во втором такте интегрирования (фиг.4) в ’Х раз больше, чем напряженияConsequently, the slope of the output voltage u and Bb integrating the second cycle (Figure 4) in the 'X times greater than the voltage
35 ϋβΐ,ι* при емкости С0Би( ,что и обуславливает меньшую в К раз ошибку Δί" по сравнению с ошибкой Δί' из-за погрешности срабатывания и дрейфа порогов компаратора ΔΐΙ,,ορ,35 ϋβΐ, ι * with capacitance C 0Bi ( which causes K times less error Δί "in comparison with error Δί 'due to the error of operation and drift of comparator thresholds ΔΐΙ ,, ορ,
40 а также из-за шумов интегратора и компаратора. В результате чего примерно в К раз увеличивается динамический диапа’эон.40 and also due to the noise of the integrator and the comparator. As a result, the dynamic range of эeon increases by approximately K times.
II
11646171164617
Входentrance
Фиъ.1Fiá.1
11646171164617
Фиг.ЗFig.Z
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU833672799A SU1164617A1 (en) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | Voltmeter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU833672799A SU1164617A1 (en) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | Voltmeter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1164617A1 true SU1164617A1 (en) | 1985-06-30 |
Family
ID=21092953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU833672799A SU1164617A1 (en) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | Voltmeter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1164617A1 (en) |
-
1983
- 1983-08-16 SU SU833672799A patent/SU1164617A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1099340A (en) | Capacitance measuring device | |
GB2374943A (en) | Capacitance Measurement | |
EP0360605A2 (en) | Apparatus for measuring capacitance | |
US4118698A (en) | Analog-to-digital converter recalibration method and apparatus | |
US4774457A (en) | Electric power measuring devices | |
SU1164617A1 (en) | Voltmeter | |
US4728816A (en) | Error and calibration pulse generator | |
RU2208805C2 (en) | Device measuring electric capacitance and/or resistance | |
SU1751693A1 (en) | Device for measuring attenuation non-uniformity of electromechanical filters | |
RU2015618C1 (en) | Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code | |
SU1559423A1 (en) | Meter of subscribersъ line capacity | |
SU1002991A1 (en) | Device for checking radioelectronic circuit threshold levels | |
SU1102035A1 (en) | Analog-to-digital converter with intermediate voltage-to-frequency conversion | |
SU1190299A1 (en) | Digital resistance meter | |
SU1247682A1 (en) | Device for measuring temperature | |
JP2674282B2 (en) | Electronic watt-hour meter | |
SU367389A1 (en) | DIGITAL VOLTMETER OF THE ACTIVE VALUE OF THE PERIODIC VOLTAGE OF AN ARBITRARY FORM | |
SU1758630A1 (en) | Digital meter of ratio of two time periods | |
SU1383226A1 (en) | Parameter indicator for dielectric media and materials | |
SU1200232A1 (en) | Method of measuring time intervals | |
SU892415A1 (en) | Period measuring device | |
RU2028635C1 (en) | Device for measuring transient and frequency characteristics of electric instruments | |
RU2103696C1 (en) | Method of measurement of quantity of dc electric energy | |
SU1290526A1 (en) | Integrating two-step analog-to-digital converter | |
SU1762255A1 (en) | Period measurement method for not-noisy continuous analog signals having no direct-current component |