SU367389A1 - Цифровой вольтметр действующего значения периодического напряжения произвольной формы - Google Patents

Description

1

Известны цифровые вольтметры действующего значени  периодического наюр жени  произвольной формы, содержащие селектор периода, преобразователь напр жени  в частоту с квадратичной функцией лреобр азован  , счетчики, устройство индикации, входной переключатель , ключ и блок управлени .

Цель изобр-етени  - повышение точности и надежности из.мерений.

Это достигаетс  тем, что вольтметр снабжен поразр дным формирователем комленсирующего напр жени  и схемой совпаден1и  кодов, входы которой соединены с -кодовыми выходами счетчиков, а выход - с управл ющим входом пораЗр дного формировател . Тактирующий вход формировател  подключен к селектору периода и шине сброса одного ИЗ счетчиков , а выход - к входному переключателю.

Н-а фиг. 1 показана блок-схема предложенного вольт.мегра; на фит.2 - временна  д.иаграмма р.аботы п-реобразовател  напр жени  в частоту.

Цифровой вольтметр содержит -преобразователь / напр жени  в ча1стоту ()-с -квадратичной функцией преобразовани , селектор 2 пери-ода входного сигнала, блок 5 управлени , входной переключатель 4, ключ 5, счетчик/и- 6 и 7, схему 8 совпадени  кодов, поразр дный фор-мирователь 9 ком пенсирующего напр жени  ,и. блок 10 цифровой индикации.

Преобразователь / напр жени  -в частоту состоит из дифференциального усилител  11 посто нного тока (УПТ), блоков 12 ,и 13 сравнени , тр-иггера- 14, электроиного переключател  15 и интегрирующей С-цепи, включающей резистор 16 и емкость 17.

Предположим, что -в некоторый момент времени t на вход п-реобразов-ател  1 подано напр жение е (t. На диаграмме фиг. 2 оно показано как посто нное, пос кольку выходна  частота преобразовател  на 2-3 пор дка выше ч-астоты входного сигн-ала, так что входное напр жение -на прот жении нескольких периодов выходного сигнала преобразовател  можно считать практически посто нным. (Все следующие соотношени  полностью справедливы и дл  случа  измен ющ-егос  входного напр жени  произвольной формы.)

Соответствующий сигнал на входе дифференциального з-хилител  11 вызывает ср абатывание блОКа 13 сравнени , который через тр иггер 14 и переключатель 15 подключает на вход интегрирующей цепи положительное образцовое напр л ение +Uo. Емкость 17 начинает зар лчатьс  и в некоторый .момент времени напр жение wa ней сравн етс  с входным напр жением e(t). Дифференциальный усилитель не чувствителен к синфазной составл ющей на пр жений на его входах, поэто му в этот момент его выходное напр жение соответствует нулевому сигналу на входе. При дальнейшем зар де eiMKocTH в момент времени t выходной сигнал усилител  достигает величины f/on, (на ди,аррамме фиг. 2 Uoni -это приведенйа  к входу усилител  величина

t/on. ).

в результате срабатывает блок 12 сравнени , на вход интегрирующей цепи подключаетс  отрицательное образцовое напр жение - UQ. Емкость 17 Начин-ает разр жатьс . Как только разность иапр жени  на емкости и входного е (t) доститнет величины f/on, происходит изменение знака образцового напр жени  и т. д.

Частоту генерируемых таким образом колебаний можно найтИ из следующих соотнощений .

В течение интервала Г) (см. фиг. 2) емкость раэр жаетс  током, .имеющим величину

0 + с (О

/.в

где 16 - величина сопротивлени  16.

Скорость изменени  напр жени  емкости равна

и, + е (О

где Ci7 - величина емкости 17.

При этОМ пренебрегаем изменением напр жени  на емкости, величина кото-рого

i onj+i ;n.i«.За врем  TI н апр жение на емкости измен етс  на Величину

I /у- 14-16/ - U - -

I ОП1 I I ОПз I ОП

где К-коэффициент усилени  усилител ;

.„ f/onj + . .

Следовательно,

Цр+е (t) J, f/on

л I

Спк

Аналогичные р.ассуждени  дл  интервала привод т к следующему выражению: Uo-e(t) j, t/оп f ieCnК.

Из этих соотнощений получаем дл  величин TI и TZ

IP

+ e(f)

р

KlU,-e(t)

Отсюда находим выражение дл  частоты генерируемых таким обр.азом колебаний

с /J Ач/

TI + Tf2f/ot/on./ ijCi7

XlUl-e{t} (f),

где S-посто нный коэффициенТ, определ емый параметрами преобразовател  напр жени  в частоту.

Устройство работает в два цикла. В перво.м цикле происходит выделение селекторо м 2 периода Ту измер емого сигнала и подсчет счетчиком 6 ВЫХОДНЫХ имиульсоз преобразовател  в течение этого периода. С этой целью по ком-анде с блока 3 управлени  при помощи селектора 2 открываетс  ключ 5 на врем  Т. В результате на счетчик 6 с преобразовател  / проходит число импульсОВ, равное

N, f (О dt SUlT - S f е (t) dt. (1) bb

Bo втором цикле по окончании селектировапного периода входного сигнала по- команде с блока 5 управлени  переключатель 4 подключает на вход преобразовател  / компенсирующее напр жение с преобразовател  код - напр жение (ПКН) формировател  9, Одновременно происходит очищение счетчика 7 и начинаетс  процесс поразр дного формировани  компенсирующего напр жени .

Процесс формировани  происходит следующим образОМ. Распределитель формировател 

осуществл ет последовательное включение стутени компенсирующего напр жени , начина  со старщего разр да. После каждого такого включени  В течение времени счетчик 7, сбрасываемый на нуль в начале -каждого интервала , подсчитывает выходную частоту преобразовател  /. При этом, если набранна  кодова  ко.Мбинаци  соответствует , то, очевидно, срабатывает схема 8 совпадени  «одов до момента прихода очередного импульса

с селектора 2. В .подобном случае по приходу на распределитель формировател  очередного импульса с селектора последний из включенных разр дов отключаетс . Если же UK.EH, импульс со схемы совпадени  кодов не полвл етс  и набранна  кодова  комбинаци  остаетс , а с приходом очередного тактирующего импульса с выхода селектора распределитель формировател  включает лишь следующий по весу разр д UK. По окончании цикла уравновещивани  числа в счетчиках 6 к 7 отличают не более, чем на относительную величину погрещности дискретности преобразовател  код - напр жение, т. е. с точностью до этой погрещности можно записать NT - NQ.

Причем

N, S-UlT,-SUlT.

оП

(2)

Таким образом, приравнива  выражени  (1) и (2), имеем

TX

S UlT., -S f е () df - SUoT - SUl T.

Откуда

/

60 K--a/ Ге(). (3)

r a

Следовательно код числа U, ПОлученного

в блоке торазр дното фор мировани  компен65 сирующего напр жени , пропорционален непосредственно действующему значению измер емого Периодического напр жени .

Врем  одного «змереНИ  равно периоду входного сигнала ллюс -врем  А/, затрачиваемое Бо втором цикле-«на п-роцесс поразр дного уравновешивани . Длительность лоследнего за1висит от требуемой погрешности дискрегности 1прибора, т. е. от количества разр дов в блоке формировани  комленсируюшего напр жени  и периода Тх, в течение которого оцениваетс  каждый разр д, начина  со старшего , т. е. nTx, где п - количестворазр дов.

Как следует из выражени  (3), отсчет о-казьгваетс  неза висимым от частоты измер емого напр жени . На результат из мерени  «е вли ют изменени  функции Лреобразова-ни  преобразовател  налр жени  -в частоту, благодар  чему аналоговую часть -вольтметра, т. е. этот «преобразователь, можно вьшолнить по простейшей схеме. Экспериментальные данные полностью подтвердили возможность

создани  такого вольтметра действующего значени .

Предмет изобретени 

Цифровой вольтметр действующего з} ачени  периодического напр жени  произвольной формы, содержащий селектор пер1иода, лреобразователь напр жени  в частоту с квадратичной функцией преобразовани , счетчики, устройство индикации, входной переключатель, ключ и блок управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежНО сти измерений, он снаблсен: поразр дным формирователем компенсирующего напр жени  и совпадени  кодов, входы которой подключены к кодовым выходам счетчиков, а выход соединен с управл ющим входом поразр дного формировател , тактирующий вход которого подключен к селектору периода и шине сброса одного из счетчиков, а выход - к входному переключателю.

I, L.

-И

Фиг Z