SU1734032A1 - Цифровой вольтметр с автоматическим выбором пределов измерени - Google Patents

Abstract

Использование: в измерительных приборах , а именно в универсальных цифровых вольтметрах интегрирующего типа. Сущность изобретени : выполнение генератора синхроимпульсов, вход щего в преобразователь напр жение-код (ПН К) 2, неведение в устройство элемента ИЛИ 10, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами дешифраторов 4,5, а выход - с управл ющим частотой входом генератора синхроимпульсов ПНК. В зависимости от уровн  входного сигнала, а сле- довательно, и сигналов на выходе дешифраторов 4 и 5 измен ютс  параметры врем задающей цепи генератора синхроимпульсов и тем самым его частота. Это в свою очередь приводит к изменению времени преобразовани  ПНК в зависимости от величины U )( . Вольтметр содержит масштабирующий блок 1, преобразователь напр жение-код (ПНК) 2, отсчетный блок 3, дешифраторы 4, 5, 6, элементы И 7,8 реверсивный счетчик 9, элемент ИЛИ 10. 1 ил. (Л С

Description

®иг1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено в цифровых измерительных приборах дл  повышени  быстродействи  автоматического выбора пределов измерени , в частности , при создании универсальных цифровых вольтметров интегрирующего типа .

В насто щее врем  в цифровых вольтметрах с автоматическим выбором пределов измерени  (АВПИ) широко распространен метод двойного интегрировани , обладающий определенными преимуществами в услови х с повышенным уровнем помех. Наиболее частый случай - помеха с частотой питающей сети 50 ±Д Гц. Дл  получени  минимальной погрешности период интегрировани  следует выбирать кратным периоду помехи.

Если сигнал на входе интегратора представл етс  суммой полезного сигнала U-и помехи Um sin Wnt, то напр жение на выходе интегратора равно

Ти

Un

ивых-f /0 jfjL (1-cos WnTu)

где Wn Z27Tn, Tn - период помехи, т.е. если Tu равно или кратно периоду помехи Tn(, где ,2,3...), то помеха на выходе интегратора отсутствует.

Дл  получени  максимального быстродействи  число периода интегрировани  должно быть минимально и , а при ± ДГц, мс.

Однако, дл  повышени  помехоустойчивости в интегрирующих вольтметрах число периодов интегрировани  п обычно выбираетс  равным (4-5), в св зи с чем в широко распространенных цифровых вольтметрах , работающих по методу двойного интегрировани  с автоматическим выбором пределов измерени , цикл измерени  составл ет примерно 300-400 мс. Принима  во внимание то что количество пределов цифровых вольтметров обычно достигает 5- 6, максимальное врем  выбора рабочего предела достигает 2-3 с.

Из вышеизложенного следует, что требовани , налагаемые на измерительные приборы по помехоустойчивости, уменьшают быстродействие автоматического выбора пределов измерени .

Известен цифровой вольтметр с устройством АВПИ, содержащий пороговые элементы , первые входы которых подключены к входной клемме вольтметра, вторые входы - к соответствующим источникам пороговых напр жений, а выходы  вл ютс  выходами устройства АВПИ.

Данное устройство относитс  к устройствам параллельного типа и обладает быстродействием . Врем  автоматического выбора пределов измерени  данного устройства составл ет единицы миллисекунд и определ етс  временем переключени  пороговых элементов.

Недостатками данного устройства  вл ютс  мала  помехоустойчивость и высокие

0 требовани  к входному сопротивлению, устойчивости к перегрузкам пороговых элементов , а также большое количество прецизионных элементов.

Известен цифровой прибор с устройст5 вом дл  АВПИ, содержащий АЦП, регистр измерительной информации, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, регистр пределов, входы которого соединены с соответствующими

0 выходами дешифратора, а выходы  вл ютс  выходами прибора, причем дешифратор выполнен на элементах ИЛИ, И и НЕ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс 

5 цифровой вольтметр с автоматическим выбором пределов измерени , содержащий входной делитель и коммутатор, образующие масштабирующий блок, вход которого подключен к шине измер емого сигнала, а

0 выход- к входу преобразовател  напр жение-код , включающего в себ  генератор синхроимпульсов, разр дные выходы преобразовател  напр жени -код соединены с входами отсчетного блока, выходы которого

5 соединены с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого

0 и второго элементов И, а выходы через третий дешифратор соединены с управл ющими входами масштабирующего блока.

Недостатком известного устройства  в5 л етс  низкое быстродействие, обусловленное дополнительным временем выбора необходимого предела измерени  путем последовательных циклов пробных измерений и переключений пределов. Врем , тре0 буемое дл  перехода через N диапазонов измерени , равно (N+1)Tnp, где Тпр - врем  преобразовани  ПНК, причем врем  преобразовани  ПНК  вл етс  одинаковым независимо от того, идет ли процесс измерени 

5 на выбранном диапазоне, либо происходит процесс автоматического выбора пределов измерени .

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  измерени  путем уменьшени  времени преобразовани  ПНК в процессе выбора рабочего предела измерени , оставл   врем  преобразовани  медленным при соответствии измер емой величины выбранному пределу измерени . Возникающее при этом увеличение погрешности преобразовани  ПНК не существенно , так как дл  правильного выбора предела измерени  обычно бывает достаточно 5- 10% точности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой вольтметр с автоматическим выбором пределов измерени , содержащий маштабирующий блок, вход которого подключен к шине измер емого сигнала, а выход - к входу преобразовател  напр жение-код, включающего в себ  генератор синхроимпульсов , разр дные выходы преобразовател  напр жение-код соединены с входами от- счетного блока, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, а выходы через третий дешифратор соединены с управл ющими входами масштабирующего блока, дополнительно введен элемент ИЛИ, а генератор синхроимпульсов преобразовател  напр жение-код выполнен регулируемым по частоте, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго дешифраторов, а выход- с управл ющим входом генератора синхроимпульсов преобразовател  напр жение-код , выход Конец преобразовани  преобразовател  напр жение-код подключен к вторым входам первого и второго элементов И.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в зависимости от уровн  входного сигнала, а следовательно, и сигналов на выходе дешифраторов 4 и 5, измен ютс  параметры врем задающей цепи генератора синхроимпульсов и тем самым его частота. Это в свою очередь приводит к изменению времени преобразовани  ПНК в зависимости от величины Ux.

Структурна) схема устройства изображена на фиг.1;на фиг.2 - его работа по с;н - етс  временной диаграммой.

Устройство содержит масштабирующий блок 1, преобразователь напр жение- код 2, отсчетный блок 3, дешифраторы 4, 5, 6, элементы И 7,8, реверсивный счетчик 9, элемент ИЛИ 10.

Масштабирующее устройство 1 подключено к шине измер емого сигнала, а его выход соединен с входом преобразовател  2. Первый выход Конец измерени  преобразовател  2 соединен с первыми входами первого и второго элементов И 7 и 8, а вторые выходы - с входами отсчетного блока 3. Выходы отсчетного блока 3 подключены к

входам первого и второго дешифраторов 4, 5, Выход первого дешифратора 4 соединен с вторым входом первого элемента И 7 и с одним из входов элемента ИЛИ 10.

Выход второго дешифратора 5 подклю0 чен к второму входу элемента 8И и к второму входу элемента ИЛИ 10. Выходы элементов И 7,8 соединены соответственно с суммирующим и вычитающими входами реверсивного счетчика 9, выход которого соединен

5 через третий дешифратор 6 с управл ющим входом масштабирующего блока 1. Выход элемента ИЛИ 10 св зан с управл ющим входом преобразовател  2.

В частном случае преобразователь 2

0 может быть выполнен следующим образом. Преобразователь 2 содержит ключ 11, резисторы RI и R2, инверторы 12, 13 и АЦП 14. В качестве элемента, регулирующего врем  преобразовани , использован PC генера5 тор, частота которого определ етс  величиной резисторов RI и Ra. К управл ющему входу преобразовател  2 подсоединен ключ

11,который подключает параллельно резистору RI резистор R2. Резисторы RI и Ra

0 подсоедин ютс  параллельно инвертору

12,выход которого соединен с входом инвертора 13. К первому входу АЦП подключен выход масштабирующего блока 1, к второму выходу АЦП подключен выход инвертора 13.

5 Первый выход АЦП Конец измерени  соединен с первыми входами первого и второго элементов И 7 и 8, а вторые выходы - с входами отсчетного блока 3.

Устройство работает следующим обра0 зом.

Пусть на вход вольтметра с устройством дл  автоматического выбора пределов измерени  подаетс  входна  величина Ux, соответствующа  установленному пределу

5 измерени  масштабирующего блока 1. С выхода масштабирующего блока 1 сигнал поступает на вход АЦП 14 и после аналого-цифрового преобразовани  результат измерени  в цифровом виде по вл етс 

0 на выходе отсчетного блока 3. Так как измер ема  величина Ux соответствует выбранному пределу измерени , то в момент времени t0 на выходах дешифраторов 4 и 5, определ ющих сигналы Много и Мало

5 соответственно, а также на выходе схемы ИЛИ по в тс  сигналы О.

Сигналы О с выходов дешифраторов 4, 5 поступают на входы элементов И 7,8, запреща  прохождение сигнала Конец измерени  с выхода АЦП - на входы реверсивного счетчика 9. Состо ние реверсивного счетчика, а следовательно, и выходной код дешифратора 6, поступающий на управл ющий вход масштабирующего блока, не изменитс . Предел измерени  останетс  прежним.

Одновременно сигнал О на выходе схемы ИЛИ 10 удерживает ключ 11 в разомкнутом состо нии, в результате чего врем  преобразовани  ПНК 2 выбираетс  номинальным медленным и определ етс  из

выражени  ,

где fc - частота генератора синхроимпульсов , выполненного на инверторах 12, 13, определ ема  параметрами врем задаю- щей цепи Pi, С;

N - емкость счетчика АЦП.

В этом случае в соответствии с фиг.2 врем  преобразовани  равно ti-t0.

Пусть в момент времени tz измер ема  величина Ux превысит верхний уровень рабочего диапазона UB. При этом на выходе масштабирующего блока 1 по витс  аналоговый сигнал, превышающий динамический диапазон измерени  аналого-цифрового преобразовател  14 ПНК2. После аналого- цифрового преобразовани  (тз) на выходе отсчетного блока по витс  цифрова  информаци  о превышении измер емой величины выбранного предела измерени . При этом на выходе дешифратора 4 и элемента ИЛИ 10 по витс  сигнал 1. Сигнал 1 с выхода дешифратора 4 разрешит поступление сигнала Конец измерени  через элемент И 7 на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. В результате этого реверсивный счетчик увеличит свое состо ние на единицу, а дешифратор 6 выберет соответственно в масштабирующем блоке 1 следующий в пор дке возрастани  предел измерени .

Одновременно сигнал 1 на выходе элемента ИЛИ 10 замкнет ключ 11 и параллельно резистору RI подключитс  резистор R2.

Частота генератора синхроимульсов, определ ема  в данном случае величиной параллельно включенных резисторов RI, R2 и конденсатора С, увеличитс . Соответственно уменьшитс  врем  преобразовани  ПНК2(14-гз).

На фиг.2 изображен случай, когда измер ема  величина 11Х превышает верхний уровень выбираемых пределов в течение нескольких циклов измерени  (моменты времени t3-ty). В течение этого времени циклы измерени   вл ютс  быстрыми, что уменьшает врем  выбора рабочего предела измерени .

В момент времени t после р да последовательных переключений пределов измерени  в сторону увеличени  входна  величина Ux будет соответствовать выбранному пределу измерени . В результате, после цикла измерени  (те) на выходах дешифраторов 4,5 и схемы ИЛИ 10 по в тс 

0 сигналы О, в результате чего ключ 11 разомкнетс  и врем  преобразовани  ПНК2 снова станет медленным (tg-ts).

В случае, если измер ема  величина Ux меньше нижнего уровн  рабочего предела

5 UH после аналого-цифрового преобразовани , результат измерени  в цифровом виде с выхода отсчетного блока установит на выходе дешифратора 5 и элемента ИЛИ 10 сигнал 1. Сигнал 1 с выхода дешифрато0 ра 5 разрешит поступление сигнала Конец измерени  через элемент И 7 на вычитающий вход реверсивного счетчика 9. В результате этого реверсивный счетчик уменьшит свое состо ние на единицу, а де5 шифратор 6 выберет соответственно в масштабирующем устройстве 1 следующий в пор дке уменьшени  предел измерени .

Одновременно сигнал 1 на выходе элемента ИЛИ 10 замкнет ключ 11, парал0 лельно резистору RI подключитс  резистор R2 и врем  преобразовани  ПНК 2 снова уменьшитс .

Применение данного устройства в воль- 1 тметре, имеющем 6 диапазонов измерени ,

Claims (1)

1. 5 позвол ет сократить максимальное врем  выбора диапазона с 2,4 с до 0,48 с. Формула изобретени  Цифровой вольтметр с автоматическим выбором пределов измерени , содержащий

   0 масштабирующий блок, вход которого подключен к шине измер емого сигнала, а выход - к входу преобразовател  напр жение-код, включающего в сео  генератор синхроимпульсов, разр дные выходы

   5 преобразовател  напр жение-код соединены с входами отсчетного блока, выходы которого подключены к входам первого и второго дешифраторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и вто0 рого элементов И, вторые входы которых объединены, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, а выходы через тре5 тий дешифратор соединены с управл ющими входами масштабирующего блока, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи  измерени , в него введен элемент ИЛИ, а генератор синхроимпульсов преобразовател  напр жение-код выполнен

   регулируемым по частоте, первый и второй входы элемента ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго дешифраторов , а выход - с управл ющим входом генератора синхроимпульсов преобразова-

   тел  напр жение-код, выход Конец преобразовани  преобразовател  напр жение- код подключен к вторым входам первого и второго элементов И.

   К- Vi-4 ь ЬЛь

   Фиг 2

   Ь