SU550763A1 - Интегрирующий цифровой вольтметр - Google Patents

Description

{)ежима работы, общие контакты которых соединены с выходами соответствующнх элементов И, причем один из входов третьего элемента И подключен к выходу задающего генератора , выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделени  нул , выходы схем выделени  нул  соединены со входами блока управлени , а выходы блока управлени  подключены к управл ющим входам всех элементов И, входного переключател , переключателей режима работы и блока индикации. Кроме того, дл  обеспечени  заданной точности измерени , он содержит схему сравнени , один из входов которой соединен с выходом первого реверсивного счетчика, второй вход подключен к клемме задани  погрешности измерени , а выход подключен ко входу блока управлени . На чертеже изображена функциональна  схема цифрового вольтметра. Интегрирующий цифровой вольт1 1етр состоит из входного переключател  1, общий контакт которого соединен с входом преобразовател  2 напр жени  в частоту, а коммутируемые контакты входного переключател  1 соединены соответственно с входной клеммой 3 вольтметра , выходом источника 4 образцового напр жени  и общей шиной 5 устройства. Первый вход первого элемента И 6 подключен к выходу преобразовател  2 напр жени  в частоту , а первые входы второго и третьего элементов И 7 и 8 подключены к выходу задающего генератора 9. Выходы первого, второго и третьего элементов И 6-8 соединены соответственно с общими контактами первого, второго и третьего переключателей 10-12 режима работы, коммутируемые контакты каждого нз которых подключены соответственно к входам сложени  и вычитани  первого, второго и третьего реверсивных счетчиков 13-15. Выход первого реверсивного счетчика 13 подсоединен к входу первой схемы 16 выделени  нул  и первому входу схемы 17 сравнени , второй вход которой подключен к клемме 18 задани  погрешности измерени . Выход второго реверсивного счетчика 14 соединен с входом второй схемы 19 выделени  нул , а выход третьего реверсивного счетчика 15 - с первым входом блока 20 индикации. Выходы первой и второй схем 16 и 19 выделени  нул , а также выход схемы 17 сравнени  подключены к соответствующим входам блока 21 управлени , выходы которого нодключены соответственно ко вторым входам элементов И 6, 7 и 8 н управл ющим входам входного переключател  1, переключателей 10-12 режима работы и блока 20 индикации. Интегрирующий цифровой вольтметр работает следующим образом. В первый такт измерений входной переключатель 1 установлен в положение, при котором преобразователь 2 напр жени  в частоту подключен к входной клемме 3 вольтметра, а переключатели 10 и 11 - в положени , при которых выходы первого и второго элементов И 6 и 7 подключены к входам сложени  первого п второго реверсивиых счетчиков 13 и 14 соответственно. Первый и второй элементы И 6 и 7 открыты. Частота импульсов на выходе преобразовател  напр жени  в частоту равна /1-К(), где /С - крутизна преобразовани ; f/x - измер емое напр жение на клемме 3; бд - приведенное ко входу значение напр жени  дрейфа нул  преобразовател  2. Импульсы частотой /i с выхода преобразовател  2 через первый элемент И 6 и переключатель 10 поступают на вход сложени  реверсивного счетчика 13. Длительность первого такта измерени  Ti задаетс  генератором 9, импульсы которого через второй элемент И 7 и второй переключатель 11 поступают на вход сложени  второго реверсивного счетчика 14. Емкость последнего, равна  yV, выбираетс  такой, что врем  от начала заполнени  этого счетчика 14 импульсами задающего генератора 9 частотой, равной /о, до переполнени  счетчика 14 кратно периоду помехи и равно Импульс переполнени  второго реверсивного счетчика 14  вл етс  сигналом окончани  первого такта измерени , ио нему срабатывает втора  схема 19 выделени  нул , при этом блок 21 управлени  закрывает элементы И 6 и 7 и переводит входной переключатель 1 в положение, при котором соедин етс  выход источника 4 образцового напр жени  с входом преобразовател  2 напр жени  в частоту, переключатель 10 - в положение коммутации выхода элемента И 6 с входом вычитани  реверсивного счетчика 13, а переключатели 11 и 12режимов работы - в положение коммутации выходов элементов И 7 и 8 с входами сложени  реверсивных счетчиков 14 и 15 соответственно . В реверсивном счетчике 13 к концу иервого такта записываетс  число, равное N,f,T, KT,(,) K(U,-i-U,). Во втором такте открыты все элементы И 6-8, к входу иреобразовател  2 подключен источник образцового напр жени . Импульсы с выхода преобразовател  2 частотой , равной f, K{U,+U,), где - образцовое напр жение источника образцового напр жени , поступают через элемент И 6 и переключатель 10 на вход вычитани  реверсивного счетчика 13в течение времени Т, за которое накопитс  N2 Ni импульсов, где N, f,T, + U,)N,,

При этом код в счетчи1 е 13 становитс  равным нулю, срабатывает схема 16 выделени  нул , что  вл етс  сигналом окончани  такта . Интервал времени Т измер етс  с помощью реверсивных счетчиков 14 и 15 и задающего генератора 9, импульсы с выхода которого через элементы И 7, 8 и переключатели 11, 12 соответственно поступают на входы сложени  этих счетчиков. Код результата измерени  интервала времени Т, равного

б ,, + t/д J, N и -ь t/д

. С/о + С/д /о УО + С/д

получаетс  в счетчиках 14 и 15, равен ,T,

t/0-f f/д

и  вл етс  первым приближением к искомому результату измерени , который должен быть получен при использовании идеального преобразовател  2 с нулевым дрейфом и равен

,N-- . и, Uo

Погрешность первого приближеии  равна. ATV - TV - TV - f Г . - n

il/V2 - /УХ JV 2 - /О

и„ Uo + С/д Уд

л.

Uo С/о + С/д

В третьем такте блок 21 открывает элементы И 6 и 7, закрывает элемент И 8, устанавливает переключатель 1 в положение коммутации входа преобразовател  2 с общей щиной 5, а иереключатели 10 и 11 - в положение коммутации выходов элементов И 6, 7 со входами сложени  реверсивных счетчиков 13, 14 соответственно.

Имнульсы с выхода иреобразовател  2 с частотой, равной fs KUji, через элемент И б и переключатель 10 в течение времени Т ) поступают на вход сложени  счетчика 13. Интервал времени Т задаетс  счетчиком 14 от начала его заполнени  импульсами задающего генератора 9 через элемент И 7 до момента переполнени  этого счетчика. Импульс переполнени   вл етс  сигналом окончани  третьего цикла, по которому срабатывает схема 19 выделени  нул  и блок 21 управлени  закрывает элементы И 6, 7. В счетчике 13 к концу третьего такта оказываетс  записанным число Лз, равное

N С/о - С/.

Л/з /з(Г,-Г,)д

/о С/о-С/д

В четвертом такте блок 21 открывает все элементы И 6-8 и устанавливает переключатели 1, 10-12 в такие положени , при которых напр жение с источника 4 образцового напр жени  поступает на вход преобразовател  2, выход элемента И 6 соединен с входом вычитани  реверсивного счетчика 13, выход элемента И 7 - с входом сложени  счетчика 14, а выход элемента ИЗ - с входом вычитани  счетчика 15.

Имиульсы с частотой fz поступают с выхода преобразовател  2 через элемент И 6 на

вход вычитани  реверсивного счетчика 13 до тех пор, пока код в нем не станет равным Hjлю и не сработает схема 16 выделени  нул , при этом число импульсов, поступающих от иреобразовател  2 в четвертом такте, равно

л, f,T, кт, (U, + f/д) ки X

Л/ С/о-С/,

/о С/о + С/д

а длительность четвертого такта равна т -п и,-и

-4 -& Г

/о (С/о + С/д)2

Эта длительность измер етс  счетчиком 14, на который (как и на счетчик 15) поступают импульсы задающего генератора 9. Результат измерени  интервала Т содержитс  в счетчике 14, а в реверсивном счетчике 15 к концу четвертого такта записываетс  код разности длительностей второго и четвертого тактов, равный

С/ЛС/о + 2С/.,)-I-С/ - - (f/ + f/j.

и цредставл ющий собой скорректированный

результат измерени , погрещность которого

АЛ/24 меньще погрещности результата измере35 ии , полученного во втором такте в т раз,

. при этом

С/о + С/л

т

ДЛ/,, f/д

40

При выборе величииы напр жени  Uo источника образцового напр жени  много больще, чем напр жение дрейфа нул  преобразовател  2-t/д, можно получить существенное повыпление точности измерени .

Дальнейщее снижение погрешности достигаетс  последующей коррекцией результата измерени . Дл  этого в п том такте блок 21 открывает элементы И 6, 7, преобразователь 2 подключаетс  через переключатель 1 к общей щине 5, элемент И 6 подключаетс  к входу сложени  реверсивного счетчика 13 через переключатель 10, а элемент И 7 - к входу вычитани  реверсивного счетчика 14. Импульсы с выхода преобразовател  2 частотой /з через элемеит И 6 поступают на вход сложени  счетчика 13 в течение времени, равного длительности четвертого такта. Врем  счета задаетс  счетчиком 14, на который через элемент И 7 и переключатель 11 поступают импульсы задающего генератора 9 до момента установки счетчика 14 в нуль, при этом схема 19 выделени  нул  срабатывает и блок 21 закрывает

все элементы И 6-8.

Число импульсов, иоступающих в счетчик 13 в течение п того такта, равно

(U,-U.)

л, ки,т,кf / т т t

/о(0 + С/д)2

Затем в шестом такте блок 21 переводит переключатель 1 в положение коммутации входа преобразовател  2 с выходом источника образцового напр жеии , переключатели 10 и 12 - в положение, обеспечивающее поступление импульсов на входы вычитани  реверсивных счетчиков 13 и 15 соответственно, а переключатель 11 - в положение, обеспечивающее поступление импульсов на вход сложени  реверсивного счетчика 14. Образцовое напр жение поступает с источника образцового напр жени  на вход преобразовател  2 напр жени  в частоту, с выхода которого импульсы с частотой /2 через элемент И б и переключатель 10 режима работы подаютс  на вход вычитани  счетчика 13 до тех нор, пока от преобразовател  2 не поступит то же число импульсов, что и в п том такте, то есть пока код в счетчике 13 не станет равным нулю и сработает схема 16 выделеии  нул .

Число имиульсов, поступающих в счетчик 13 за врем  Те - длительиость шестого такта , равно

N, f,T, K(U, + U,T, N,

при длительности шестого такта, равной

ui

Л

Т - -(U -U

- fo (f/0 + Уд)

в счетчик 15, на вычитающий вход которого импульсы задающего геиератора 9 поступают через элемент И 8 н переключатель 12, к концу щестого такта записываетс  код разности длительностей второго и суммы длительностей четвертого и шестого тактов.

Результат, полученный в счетчике 15, отличаетс  от искомого результата измерени  на число АЛ/2б,  вл юшеес  абсолютной погрешностью измерени , и равное

f/

f/x-f/O ДЛ,„ (U, + f/д)

Уменьшение погрешности измерени  стом такте по сравнению с погрешностмерени , полученной во втором такте,

ЛЛГ, /г/о -ь f/л

2 /г/о + и, у

т

т,

2в V и, I

лм

Процесс коррекции может быть иродолжеи, дл  чего в каждом последующем нечетном такте провод т те же операции, что и в и том такте, причем длительность нечетного такта равна длительности предыдущего четиого такта , а в каждом иоследующем четном такте провод т те же операции, что и в шестом такте . После каждых двух тактов коррекции погрешность измерени  уменьшаетс  в т раз, и при этом уменьщаетс  и длительиость каждого такта, в результате при любом числе тактов коррекции общее врем  измерени  не превышает 47i.

Дл  достижени  требуемой точности измерени  ироводитс  такое количество тактов

коррекции, чтобы в очередном нечетном такте в счетчик 13 иоступило не более, чем заданное число имиульсов. Схема 17 сравиени  сравиивает код в счетчике 13 с заданным числом , нри этом если код в счетчике 13 больше

задаииого, то даетс  комаида на продолжение коррекции, в противном случае схема 17 сравнени  срабатывает, блок 21 останавливает ироцесс измерени  и разрешает иидикацию результата в блоке 20 индикации.

Claims (3)

1. Интегрируюший цифровой вольтметр, содержащий иреобразователь иаир жени  в частоту , задающий генератор, источиик образцового напр жеии , реверсивный счетчик, два элемента И, две схемы выделени  нул , входной переключатель и переключатель режима работы, блок индикации, иричем вход иреобразовател  наир жеии  в частоту соединен с обн1;им контактом входного переключател , три других коитакта которого соединены соответственно с входной клеммой вольтметра, источником образцового напр жени  и общей

шииой, выход реверсивного счетчика соединен с входом первой схемы выделени  нул , выход преобразовател  напр жени  в частоту соединен с одним из входов первого элемента И, а выход задаюш,его генератора соедииеи с одиим из входов второго элемеита И, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены второй и третий реверсивные счетчики, два иереключател  работы, третий элемент И и блок уиравлени , иричем входы сложени  и вычитани  всех реверсивных счетчиков соедииеиы с коммутируемыми коитактами соответствующих переключателей режима работы, общие коитакты которых соединены с выходами соответствующих элементов И, иричем один из входов третьего элемеита И иодключеи к выходу задающего геиератора, выход второго реверсивного счетчика соединен с входом второй схемы выделени  иул , выходы схем выделени  нул  соединеиы с входами блока управлени , а выходы блока правлени  иодключеиы к управл ющим входам всех элементов И, входного иереключател , переключателей режима работы и блока индикации.

2. Вольтметр ио п. 1, отличающийс  тем, что, с целью обеспечеии  задаииой точности измерени , он содержит схему сравиени , один из входов которой соедииен с выходом нервого реверсивного счетчика, второй

вход подключен к клемме задани  погрещности измерени , а выход подключен ко входу блока управлени .

Источники информации, прин тые во внимание нри проведении эксиертизы изобретени :

9

1. Ю. А. Скрипник «Коммутационные методы повышени  точности цифровых интегрирующих приборов. Приборостроение, № 5, ;968 г.

10

2.Авторское свидетельство СССР № 375566, М. Кл.2 G 01R 19/26, опубл. 01.02.1971 г.

3.Авторское свидетельство СССР №317081, М. Кл.2 Н ОЗК 13/20, опубл. 24.12.1969 г.