SU1198436A1 - Измеритель напряжения инфранизкой частоты - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аппаратуре измерения мгновенных значений напряжения при определении формы сигнала, в измерителях нелинейных искажений и других исследованиях периодических процессов в диапазоне инфранизкой частоты.

Целью изобретения является повы— шение точности измерения мгновенного значения напряжения гармонического колебания в широком диапазоне частот.

В предлагаемом устройстве постав· .ленная цель достигается благодаря

тому, что мгновенные значения напряжений определяются с помощью быстродействующего вольтметра в интервалы времени, которые выбираются по желанию оператора и устанавливаются с помощью переключателей "Преднабор так" счетчика. Результат измерения мгновенного значения напряжения высвечивается всякий раз в момент поступления на управляемый вход цифрового вольтметра импульса "Переполнение" счетчика, возникающего на выходе реверсивного счетчика емкостью А, при подаче на его вход квантующих импульсов в течение интервала времени .

Интервал времени определяется из выражения

⁼ Г”

^ь сч

и легко устанавливается путем установки переключателями "Преднабор тах" соответствующего числа А. Кроме этого устройство позволяет вести измерение в широком диапазоне частот [за счет обеспечения функциональной

связи между частотой той , ί _сЧ , т.е.

вх

и часто' 1_СЧ = К;

ί = -ί ·ί ⁰х к ^θ. »χ χ

где К - коэффициент пропорциональности.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Измеритель напряжения инфранизкой частоты содержит блок управления 1, электронный коммутатор 2, счетчик 3, цифровой вольтметр 4, узел 5 выбора режима, измеритель 6 периода, кодовый задатчик 7, измеритель 8 отношения частот, генера25

198436 .1 ‘

тор 9 квантующей частоты, комбинированный делитель 10 частоты, первый 11 и второй 12 кодоуправляемые генераторы. Блок управления 1 в свою

5 очередь содержит формирователь 13 и трехплатный залетный переключатель 14, вход формирователя 13 образует вход блока управления 1, выход формирователя 13 образует выход блока

10 управления, первые две платы переключателя образуют первую группу выходов, а третья плата - вторую группу выходов блока управления 1. Кодовый задатчик 7 содержит электрона15 ные ключи 15 - 17, а комбинированный делитель частоты содержит декадные делители частоты 18 - 20. В свою очередь узел выбора режима содержит схемы 21 и 22 совпадения, элементы

20 23 и 24 задержки, тумблер 25, кнопку 26 и элемент ИЛИ 27.

Вход блока управления 1 подключен к входной шине устройства (1 и к входу электронного коммутатора 2, сигнальный вход цифрового вольтметра 4 соединен с выходом электронного коммутатора 2, а управляющий вход с выходом счетчика 3 и с первым входом узла 5 выбора режима, второй вход которого соединен с управляющим входом электронного коммутатора 2, с входом измерителя периода бис выходом блока управления, первая группа выходов которого через кодовый задатчик 7 подключена к кодовым входам измерителя периода 6, вторая группа выходов блока управления соединена с соответствующей группой входов комбинированного делителя частоты 10, выход которого соединен со счетным входом счетчика 3, кодовые выходы измерителя 6 периода подключены к входам первого кодоуправляемого генератора 11, выход которого подключен к первому входу измерителя 8 отношения частот второй вход которого соединен с выходом генератора 9 квантующей частоты, выход измерителя отношения частот связан с входами второго кодоуправляемого генератора 12, выход которого соединен с сигнальным входом комбинированного делителя 10 частоты, три выхода узла 5 выбора режима подключены к входам "Стоп", "Сброс" и "Старт" счетчика. Кодовым входом измеритель 6 периода соединен с корпусом кодового задатчика

30

35

40

45

50

55

3 11

7 и корпусными выводами входящих в его состав электронных ключей 15 17. Управляемые входы электронных ключей 15 - 17 связаны соответственно с неподвижными контактами (первым и третьим) первой платы, с контактами (четвертым и первым соответственно 1 первой и второй платы и с контактами (вторым, третьим и четвертым) второй платы галетного переключателя 14, входящего в состав блока управления 1. Выходы электронных ключей 15 - 17 тремя отдельными связями подключены к кодовым входам измерителя 13 периода.

Кодоуправляемый генератор 12 своим выходом подключен непосредственно и через первый, второй и третий декадные делители частоты 18— 20 соответственно с неподвижными контактами - первым, вторым, третьим и четвертым третьей платы галетного переключателя 14. Подвижный пятый контакт галетного переключателя 14 связан через делитель 10 частоты с счётным входом счетчика 9, а два других подвижных контакта первой и ' второй плат переключателя 14 соединены с питающей клеммой +5В блока управления 1.

I

Кнопка 26 узла выбора режима 5 шунтирует неподвижные контакты тумблера 25, подключенные ко вторым входам схем 21 и 22 совпадения. Первый вход схемы 22 совпадения через элемент 24 задержки подсоединен к выходу элемента 23 задержки и входу "Сброс" счетчика 9. Выход схемы 22 совпадения соединен с одним из входов элемента ИЛИ 27, а второй вход с выходом схемы 21 совпадения. Выход элемента ИЛИ 27 подключен ко входу "Старт" счетчика 3, вход счетчика соединен с первым входом узла выбора режима и со своим входом "Стоп".

Устройство работает следующим образом.

Начало цикла измерения напряжения И_8х , поступающего через блок управления 1 и электронный коммута- . тор 2 (закрытый в исходном состоянии) на вольтметр 4 (в качестве которого может быть использован вольтметр типа В7-16), обязательно связано с началом периода этого напряжения и осуществляется в предла гаемом устройстве с помощью команд98436 4 .

ного импульса, который вырабатывается формирователем 13 в момент перехода напряжения Кчерез нуль в положительном направлении.

₅ Этот импульс с управляющего выхода блока управления 1 поступает на управляемый вход электронного коммутатора 2 и подключает к входу вольтметра 4 (работающего в ждущем ре10 жиме) измеряемое напряжение II.

Одновременно командный импульс подается на сигнальный вход узла 5 выбора режима и через открытую потенциалом +5В по входу 1 схему 21 совпаде —

и ния, входящую в состав узла 5 выбора режима, по входу "Старт" открывает счетный вход счетчика 3, при этом импульсы высокой частоты ί_ί1( с комбинированного делителя 10 часто₂₀ ты начинают поступать на его счетный вход. В момент времени, соответствующий появлению на выходе счетчика 3 импульса "Переполнение", производится запуск вольтметра 4,

25 фиксирующего на своем цифровом табло результат измерения мгновенного значения напряжения (1_ах в этот момент времени. Кроме этого импульс "Переполнение" счетчика 3, поступая в узел 5 выбора режима, прекращает счет счетчика 3 по входу "Стоп" и через элемент 23 задержки (доли микросекунд) сбрасывает в нуль по входу "Сброс" его показания. В качестве счетчика 3 может быть использован

³⁵ реверсивный счетчик типа Ф5007.

Следующий командный импульс, поступающий с выхода блока управления

1 в отличие от первого командного

40

импульса лишь открывает счетный вход счетчика 3, не изменяя положения электронного коммутатора 2, установленного ранее. Далее, как описано, новый результат измерения фиксирует⁴⁵ ся на табло вольтметра 4 лишь в момент времени, соответствующий появлению на выходе счетчика 3 импульса "Переполнение".

Выбор интервала времени, т.е. мо⁵⁰ мента времени фиксации вольтметром 4 мгновенного значения напряжения В_вх задается оператором с помощью переключателей "Преднабор шах", расположенных на лицевой панели счетчика 3,

55 которые изменяют в ту или иную сторону его емкость А.

Временной интервал может быть

представлен следующим выражением

гч

ί.

где £_θ - интервал времени, по окончании которого производится измерение мгновенного значения напряжения; частота импульсов высокой частоты, поступающих на счетный вход счетчика 3.

Из выражения (1) видно, что при £ = сопзС и £_вх = сопзС С_о зависит только от емкости счетчика 3, так, например, для частоты входного сигнала ί =0,1 Гц (т_йУ =' 10 с) при £_сч = 1000 Гц и ξ = 0,25 Т_8Х =

2,5 с емкость А счетчика должна быть равной

А = ί _гч = 2500.

Таким образом, установив переключатели "Преднабор гвах" в положение, например, 2500 или 7500 (при £ =

1000 Гц и £_Вх = 0,1 Гц), получаем на табло вольтметра + V или -V соответственно, где + V и -V - амплитудные значения положительной и отрицательной полуволн входного гармонического колебания. Результат измерения, зафиксированный при этом на табло вольтметра, поступает затем в коде на регистрацию..

Кроме этого предлагаемым устройством можно производить измерение мгновенных значений напряжения не только в одной точке за период, рассмотренный ранее (в положении "Однор" тумблера 8), но и в нескольких точках, непрерывно, т.е. циклически (в положении "Цикл" этого же тумблера). При этом командный импульс, поступающий с выхода блока управления 1 на первый вход узла выбора режима, поступает на вход "Старт" счетчика 3 через схему 21 совпадения и элемент ИЛИ 27 только при нажатой кнопке 26, открывающей потенциалом +5В схему 22 совпадения по первому входу.

Причем кнопку 26 держат в нажатом состоянии до момента прихода на вход "Старт" счетчика 3 упомянутого командного импульса, т.е. до момента начала счета счетчиком 3 импульсов высокой частоты, поступающих на его счетный вход с делителя 10 частоты. Затем кнопку 26 отпускают. При этом счетчик 3 продолжает счет. При достижении числа А появляется

198436 6

импульс "Переполнение" счетчика, который производит запуск вольтметра 4, а по входам "Стоп" и "Сброс" соответственно стоп и сброс счетчика

5 3 и через элементы 24 задержки (доли микросекунд ), открытую по первому входу потенциалом +5В схему 22 совпадения и элемент ИЛИ 27 производит запуск счетчика 3 по его

10 входу "Старт".

При работе устройства в диапазоне частот значение £_сч должно быть связано функциональной зависимостью с частотой ί _Βχ измеряемого напряже15 ния V_βχ .

Данная зависимость обеспечивается следующим образом.

Напряжение Vпоступает на вход измерителя 6 периода, например,

20 частотомера 43-57, где преобразуется в код Н, , равный

Ν. 7----а, (2)

вх

где а - множитель, который устанав25 ливается в измерителе периода 6 кодовым задатчиком 7 с помощью трех электронных ключей 15 - 17, на выходе которых появляется логическая 1 или логический 0 по команде соот30 ветственно 0 В или +5В, поступающей с первой и второй плат галетного переключателя 14 по трем отдельным связям. .

35

В зависимости от частоты £_ьх напряжения Υ_ΒΧ например 10; 1; 0,1 или 0,01 Гц галетный переключатель 14 устанавливают соответственно в положения 10,1,0,1 или 0,01. При ₄₀ этом на выходе кодового задатчика 7 устанавливается код (соответственно 001, 110, 010 и ЮО), который переносится на кодовый вход измерителя периода 6 и устанавливает его множи45 тель а, равным соответственно 1000, 100, 10 или 1. При этом при измерении напряжения на различных частотах в измерителе 6 периода используются все разряды, что обеспечивает прак50 тически одинаковую, точность преобразования особенно на более высоких частотах. Код М, переносится затем на кодовый вход кодоуправляемого генератора 11 (например ГЗ-110)

55 и устанавливает на его выходе частей ту £_и , равную

г,

к _г ^а-,

вх

(3)

7 1

где К - коэффициент пропорциональности.

Сигнал частотой £_Г( поступает далее на первый вход измерителя 8 отношения частот, на второй вход которого поступает сигнал квантующей частоты £ с генератора 9 квантующей частоты. Измеритель 8 отношения частот осуществляет операцию деления. В результате деления получаем код

ίο

Ν₂ = _В-- (4)

Подставив в выражение (4) 4 ,

взятое из выражения (3) , получаем (5)

N = --2- {

1 К-а вх·

Умножив левую и правую части выражения (5) на К, получаем частоту установленную на выходе кодоуправэтяемого генератора 12 перенесенным в Пего кодом Ν_ζ

= -2.£ а в*

(6)

Далее сигнал частотой £ по~ , _ Г2.

ступает на делитель 10 частоты.·

В результате деления получаем г - _£.£?

(7)

СЧ П'

где η - числа натурального ряда 1,2,

3... устанавливаются одновременно с множителем а при переходе с одного частотного диапазона (высокого) на другой (более низкий), что осуществ198436 8

ляется с помощью команды,поступающейс третьей платы галетного переключателя 14 на делитель 10 частоты.

При частоте 1_ЙХ напряжения V _{вх 5} равной 10,1, 0,1 или 0,01 Гц, число

И соответственно равно» 0,1,2 или 3, что обеспечивается путем деления частоты £_г,₂ , поступающей на делитель 10 частоты с кодоуправляемого

10 генератора 12, соответственно на 1,

I0 (делитель 18), 100 (делитель 18, 19) и 1000 (делитель 18,19 и 20).

Далее сигнал частотой £_сц с выхода делителя 10 частоты в течение15 времени £₀ поступает на счетчик 3 объемом А.. По истечении времени ί _о в момент окончания этого интервала времени счетчик 3 заполняется и на его выходе появляется импульс "Пере20 полнение" счетчика, который производит сброс счетчика 3 и запуск вольтметра 4.

Подставив в выражение (7) значение £ из выражения (6) ,

• 25 получаем

£ сч аЗО^{п £8}*

Из выражения (8) видно, что £_гч находится в функциональной зависимое

30 ти от частоты входного сигнала и обеспечивает независимость выбора временных точек в фазовой шкале, в которых производится измерение напряжения при измерении частоты входного напряжения.

1198436

Ί,

Claims (1)

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ИНФРАНИЗКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий блок управления, вход которого подключен к входной шине устройства и к входу электронного коммутатора, и счетчик, отличающийся тем, что,

   с целью повышения точности измерения мгновенного значения напряжения гармонического колебания в широком диапазоне частот, в него введены цифровой вольтметр, узел выбора режима, измеритель периода,, кодовый задатчик, измеритель отношения частот, генератор квантующей частоты, комбинированный делитель частоты и два кодоуправляемых генератора,

   причем сигнальный вход цифрового вольтметра соединен с выходом электронного коммутатора, а управляющий вход - с выходом счетчика и с первым входом узла выбора режима, второй вход которого соединен с управляющим входом электронного коммутатора, с входом измерителя пери- ода и выходом блока управления, первая группа выходов которого через кодовый задатчик подключена к кодовым входам измерителя периода, вторая группа выходов блока управления соединена с соответствующей группой входов комбинированного делителя

   с*

   частоты, выход которого соединен со <9 счет!1ым входом счетчика, кодовые выходы измерителя периода подключены к входам первого кодоуправляемого генератора, выход которого подключен к первому входу измерителя отношения частот, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующей частоты, выход измерителя отношения частот связан с входом второго кодоуправляемого генератора, выход которого соединен с сигнальным входом комбинированного делителя частоты, три выхода узла выбора „ режима подключены к входам "Стоп", "Сброс" и "Старт" счетчика соответственно .

   5Ц „„119843-6

   >

   1 1