SU1478138A1

SU1478138A1 - Цифровой вольтметр

Info

Publication number: SU1478138A1
Application number: SU874199872A
Authority: SU
Inventors: Николай Иванович Грибок; Владимир Васильевич Бинковский; Василий Михайлович Макух; Игорь Емельянович Ляшовский; Сергей Аркадьевич Савенко; Степан Григорьевич Романюк
Original assignee: Предприятие П/Я М-5514; Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола
Priority date: 1987-01-19
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1989-05-07

Abstract

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может использоватьс дл построени цифровых вольтметров, содержащих преобразователи напр жение-частота (ПНЧ). Целью изобретени вл етс повышение точности за счет снижени вли ни нелинейности ПНЧ. С указанной целью в устройство введены формирователь 23 управл ющих импульсов и вычитатель 24. Измер емое напр жение входным делителем 1, коммутатором 2, усилителем 3, ПНЧ 4 и импульсным трансформатором 5 преобразуетс в пропорциональную ему частоту. Измерение осуществл етс за два полуцикла, в течение которых коммутатор 2 измен ет пол рность измер емого напр жени . Генератор 26, элементы И 27, 6, 7, 8, счетчики 9, 10 и 25, формирователи 11, 12, 13 и 17, триггеры 15, 16 и 18, делитель 14 частоты преобразуют частоту ПНЧ 4 в цифровую информацию, запоминаемую и индицируемую в блоке 20 индикации. Блок 21 выбора предела совместно с блоком 22 управлени , а также индикатор 19 пол рности и перегрузки выполн ют свои пр мые функции. Формирователь 23 совместно с вычитателем 24 измен ют количество счетных импульсов, устран тем самым погрешность от нелинейности ПНЧ 4. В описании изобретени даны примеры реализации формировател 23 и вычитател 24. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может использоватьс дл построени цифровых вольтметров с преобразовани ми напр жение частота, содержащих индуктивности и варикапы.

Целью изобретени вл етс повышение точности за счет снижени вли ни нелинейности преобразовател напр жение - частота.

На фиг. 1 представлена функциональна схема цифрового вольтметра на фиг. 2 - эпюры напр жений.

Цифровой вольтметр содержит входной делитель 1, коммутатор 2, усилитель 3 посто нного тока, преобразователь 4 напр жение - частота, импульсный трансформатор 5, три эле- мента И 6-8, два счетчика 9 и 10, формирователь 11 импульсов опроса, четвертый формирователь 1 2 импульсов , формирователь 13 импульсов, дели тель 14 частоты, два триггера 15 и 16, формирователь 17 импульсов сброса , триггер 18, индикатор 19 пол рности и перегрузки, блок 20 индикации , блок 21 выбора пределов, блок 22 управлени j формирователь 23 уп- равл ющих импульсов, вычитателъ 24, счетчик 25, генератор 26 счетных импульсов, элемент И 27.

Преобразователь 4 напр жение - частота включает в себ генераторы 28 и 29, смеситель 30, входные зажимы 31-33.

Два входных зажима 31 и 32 цифрового вольтметра соединены с входом входного делител 1, а его выходы через коммутатор 2 соединены с входами усилител 3 посто нного тока, выход которого соединен с входом преобразовател 4 напр жение - частота, выходом св занного с первич ной обмоткой импульсного трансформатора 5, вторична обмотка которого одним вьюодом соединена с общей шиной , а другим - с входом индикатора 19 пол рности и перегрузки, первыми входами элементов И 6 и 7, вторые входы которых объединены и соединены с выходом триггера 15, входом установки единицы триггера 16 и счетным входом триггера 18, пр мой выход ко- торого соединен с третьим входом элемента И 6, а инверсный выход триггера 18 соединен с входом установки нул триггера 16 и третьим входом эл5

г

5

0

5

0 45 50 55 мента И 7, своим выходом соединенного с впервым входом счетчика 10, второй вход которого соединен с вторым входом счетчика 9 и выходом элемента И 8, входы сброса счетчиков 9, 10 и 25 объединены и соединены с выходом формировател 17 импульсов сброса, первый вход которого соединен с пр мым выходом триггера 16, первым входом элемента и 8 и первым входом блока

21выбора пределов, а второй вход формировател 17 импульсов сброса соединен с выходом формировател 13 импульсов и входом делител 14 частоты , выход которого соединен с входом установки единицы триггера 15, вход установки нул которого соединен с первым выходом счетчика 25, второй выход которого соединен с вторым входом блока 21 выбора пределов

и первым входом блока 20 индикации, второй вход которого соединен с выходом индикатора 19 пол рности и перегрузки , а третий вход - с выходом формировател 11 импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом счетчика 9 и вторым входом формировател 12 импульсов, первый вход которого соединен с вторым входом формировател 11 импульсов и выходом счетчика 10, выход формировател 12 импульсов соединен с вторым входом элемента И 27, первый вход которого соединен с вторым входом элемента И 8 и выходом генератора 26 счетных импульсов. Выход элемента И 6 соединен с первым входом счетчика 9, выход блока 21 выбора пределов соединен с входом блока

22управлени , вход формировател 13 импульсов соединен с входным зажимом 32.

В преобразователе 4 напр жение - частота входы генераторов 28 и 29 объединены и вл ютс входом преобразовател 4 напр жение - частота, а выходы соединены с соответствующими входами смесител 30. Выходом преобразовател 4 напр жение - частота вл ютс выходы смесител 30. Выход элемента И 27 соединен с первым входом вычитател 24, второй вход которого соединен с выходом формировател 23 управл ющих импульсов , а выход соединен с входом счетчика 25, третий выход которого соединен с входом формировател 23 уп ра в л ющих имп уль с ов.

Формирователь 23 управл ющих импульсов в частности может содержать счетный триггер 34, выход которого соединен с первым входом элемента И 35, выход которого через формирователь 36 соединен с выходом формировател 23 управл ющих импульсов , вход которого соединен с третьими выходами счетчика 25, который представл ет собой информационную шину.

Вычитателъ 24 может содержать счетный триггер 37, вход установки единицы которого вл етс первым входом вычитател 24, второй вход которого соединен со счетным входом счетного триггера 37 и входом синхронизации 1К-триггера 38,Т-вход которого соединен с пр мым выходом счетного триггера 37, вход установки единицы 1К-триггера 38 соединен с входом установки единицы счетного триггера 37, пр мой выход 1К-тригге- ра 38 соединен с выходом вычитател 24 .

Формирователь 12 формирует им- пульсы Частота - временный интервал ,1 формирователь 13 формирует импульсы частоты питающей сети, триггер J5 формирует импульсы Ворот, триггер 16 - измерительного цикла, триггер 18 формирует импульсы полуцикла. Зажим 33 соединен с шиной синхронизации частотой питающей сети.

Цифровой вольтметр работает следующим о б ра з ом.

Измер емое напр жение через входной делитель 1, служащий дл нормализации входного напр жени , посту - пает на коммутатор 2. Коммутатор 2 периодически измен ет пол рность входного напр жени , которое поступает на вход усилител 3 посто нного тока. С выхода усилител 3 посто нного тока напр жение подаетс на преобразователь 4 напр жение - частота. При входном напр жении, равном нулю, на выходе преобразовател 4 напр жение - частота присутствует частота Ј0. Процесс измерени производитс в два полуцикла.

В первый полуцикл измер емое напр жение подаетс на вход преобразовател 4 напр жение - частота в одной пол рности, а во второй полуцикл - в противоположной.

Повышение точности измерени достигаетс за счет коррекции нелинейности преобразовател 4 напр жение - частота, вызванной составл ющими с нечетной степенью, кроме первой, функции преобразовани . На выходе смесител 30 имеем импульсы частотой (f0 + Afx) и (f0 - Afx) во врем перQ вого и второго полуциклов соответственно . Преобразование частоты импульсов с частотой fx с выхода импульсного трансформатора 5 во временной интервал происходит следую5 шим образом. Импульсное напр жение частотой питающей сети поступает на формирователь 1 3 импульсов, выходные импульсы (фиг. 2а) которого поступают на вход делител 14 частоты

0 формировател 17 импульсов. Выходной сигнал делител 14 частоты устанавливает в единичное состо ние триггер 15 формировател импульсов Ворот. При этом от генератора 26 счетных

5 импульсов через элемент И 27 и вычи- татель 24 начинают поступать импульсы в счетчик 25, при полном заполнении которого на первом выходе по вл етс импульс, которьй возвращает

Q в исходное состо ние триггер I5 (момент времени t фиг. 2б). В момент времени t импульсом с выхода делител 1 4 частоты триггер 15 снова устанавливаетс в единичное состо ние , а в момент t возвращаетс в исходное.

Таким образом, на выходе триггера 15 имеютс импульсы Ворот, первый фронт которых синхронизирован

Q сетью, а длительность определ етс емкостью счетчика 25. В момент времени t, Ц срабатывает триггер 18 формировани импульсов полуциклов (фиг. 2в), выходные импульсы котос рого управл ют работой коммутатора 2 и поступают на входы элементов И 6 и 7. Сюда же поступают импульсы Ворот и импульсы частотой fx (фиг.2е). На выходе элемента И 6 получают импульсы частотой (f0 + + Afx) во врем первого полуцикла, которые поступают на счетчик 9. На выходе элемента И 7 получают импульсы частотой (f0 - Afj;) во врем второго полуцикла, которые поступают на счетчик 10. За одинаковое врем , равное длительности импульсов Ворот, в каждый из счетчиков 9 и 10 записываетс разное количество импульсов.

5

514

Импульс с выхода триггера 16 формировани импульсов измерительного никла /фиг. 2г, момент времени t4 - t) разрешает прохождение импульсов че- рез элемент И 8 от генератора 26 счетных импульсов к гчетчикам 9 и 10. В момент t происходит полное заполнение счетчика 9, а в момент t - счетчика 10. Формирователь 12 импульсов срабатывает при аполнении счетчиков 9 и 10 и формирует интервал времени, пропорциональный величине измер емого напр жени . На это врем через элемент И 27 и вычитателъ 24 в счетчик 25 поступает количество импульсов, пропорциональное измер емому напр жению . Результат измерени поступает на блок 2Q индикации и блок 21 выбора пределов. Кроме этого на блок 20 ин- дикации поступает выходной сигнал индикатора 19 пол рности и перегрузки и выходной сигнал формировател 1 1 импульсов опроса, при помощи которых происходит индикаци пол рности и

результата измерений. Блок 21 выбора пределов по коду,( поступающему со счетчика 25, управл ет блоком 22 управлени , который включает необходимый предел измерени . В конце изме- рительного цикла на выходе формировател 17 импульсов сброса формируетс импульс сброса (фиг. 2д), который устанавливает в нулевое состо ние все счетчики 9, 10 и 25.

В первый полуцикл в счетчик 9 записываетс количество импульсов N, , которое равно N, - (f0 + fifx)T0, где Т0 - длительность импульса Ворот .

i

Во второй полуцикл в счетчик 1 О

записываетс количество импульсов N , которое равно Н(Г0 -ufx)T0. Врем t(, необходимое дл полного заполнени счетчика 9, t, (N-N,)1, где N - полна емкость счетчиков 9 и 10J Тг - период следовани импульсов генератора 27 .

Врем tz, необходимое дл полного заполнени счетчика 10, tz (N - N2)T2,

Тогда bt t - t, (N,, - N2)T2)

или At 2 AfxT0T2.

За врем At (фиг.2ж и ), которое пропорпионалъное величине измер емого напр жени Ux, в счетчик 25

386

должно поступить количество импульсов N}, равное N 2ДГ„Т0.

При входном напр жении Ux, равном конечному значению основного диапазона Uv, количество импульсов N3 NK

2 аксТс.

При некотором значении входного напр жени Ux, погрешность превышает единицу счета младшего разр да и в конечной точке шкалы при U Uk составл ет п единиц счета. При помощи формировател 23 управл ющих импульсов и вычитател 24 из количества импульсов Nfc вычитаетс п импульсов, и в третий счетчик 25 при Ux Uv поступает (Мц-п) импульсов. Вычитание импульсов производитс , начина

0 5 0 5

0 5

0

со значени U

55

«1

Диапазон от IL. до

U k разбит на участки по количеству импульсов. Количество импульсов на каждом участке определ етс из выражени NK-n/n, при этом из количества импульсов Nk вычитаетс каждый (NK-n/n + 1) импульс. Таким образом, путем вычитани импульсов осуществл етс линеаризаци функции преобразовани вольтметра.

Claims

Формула изобретени

Цифровой вольтметр, содержащий входной делитель, два входа которого соединены с двум входными зажимами соответственно, а выходы делител через коммутатор и усилитель посто нного тока соединены с входом преобразовател напр жение - частота, два выхода которого соединены с двум выводами первичной обмотки импульсного трансформатора соответственно, один вывод вторичной обмотки которого соединен с общей шиной, а другой вывод соединен с входом индикатора пол рности и перегрузки, и первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с выходом первого триггера, входом установки единицы второго триггера и счетным входом третьего триггера , пр мой выход которого соединен с третьим входом первого элемента И, инверсный выход третьего триггера соединен с входом установки нул второго триггера и третьим входом второго элемента И,выход первого элемента И соединен с первым входом первого . счетчика, выход второго элемента И соединен с первым входом второго счетчика, вторые входы первого и

второго счетчиков объединены и соединены с выходом третьего элемента И, входы сброса трех счетчиков объединены и соединены с выходом формировател импульсов сброса, первый вход которого соединен с пр мым выходом второго триггера и первыми входами блока выбора пределов и третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов и первым входом1 четвертого элемента И, второй вход формировател импульсов сброса соединен с входом делител частоты и выходом первого формировател импульсов , вход которого соединен с третьим входным зажимом, выход делител частоты соединен с входом установки единицы первого триггера, вход установки нул которого соединен с первым выходом третьего счетчика, второй выход которого соединен с первым входом блока индикации и вторым входом блока выбора предела, выход которого соединен с входом блока управлени , выход индикатора пол рности и перегрузки соединен с вторым входом блока индикации, третий вход которого соединен с ВЬЕХОДОМ формировател импульсов опроса, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика и вторым входом второго формировател импульсов, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый вход второго формировател импульсов соединен с вторым входом формировател импульсов опроса и выходом второго счетчика, отлич ающийс тем, что, с целью повышени точности за счет снижени вли ни нелинейности преобразовател напр жение - частота, в устройство введены формирователь управл ющих им0 пульсов и вычитатель, причем первый вход вычитател соединен с выходом четвертого элемента И, второй вход вычитател соединен с выходом форми- ровател управл ющих импульсов, вхо5 ды которого соединены с третьими выходами третьего счетчика, вход которого соединен с выходом вычитател .

t, Јz t, t. t,

1

5о J« io-a 5s-a5«

Ill,

П

Г ,