SU721756A1 - Цифровой вольтметр переменного напр жени - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для точного измерения действующего значения переменного напряжения.

Известей цифровой вольтметр переменного напряжения, входной зажим которого через входной сумматор и широкополосный усилитель с регулируемым звеном обратной связи подсоединены к входному преобразователю действующих значений, выход которого через выходной сумматор соединен с выходом опорного преобразователя действующих значений, вход которого через переключатель подсоединен к источнику опорного тока в первый такт измерения непосредственно, а во второй такт через делитель тока, выходной сумматор через нуль—орган соединен с одним из входов роллируемого звена, выход которого через преобразователь напряжения в частоту и реверсивный счетчик соединен с индикаторным устройством [1J.

Недостатком такого устройства является то, что мультипликативная погреш— ность преобразователя переменного напряжения в постоянное, которая определяется величиной частотной погрешности ' предвключенного делителя и широкополосного усилителя, либо полностью входит в результирующую погрешность, либо корректируется недостаточно эффективно.

Известен также цифровой вольтметр переменного напряжения, содержащий преобразователь переменного напряжения в постоянное (широкополосный усилитель и преобразователь действующих значений), вход которого через переключатель соединен со входом прибора или с выходом преобразователя постоянного напряжения в переменное, уровень постоянного напряжения которого определяется напряжением на запоминающем устройстве, которое подсоединено к выходу преобразователя переменного напряжения в постоянное, интегрирующие усилители соединены последовательно с компараторами, выходы которых соединены с блоком автоматики, входы первого из интеграторов через ключи соединены с источником постоянного напряжения и выходом преобразователя переменного напряжения в постоянное, а входы второго интегратора через ключи подсоединены к преобразователю переменного напряжения в постоянное и запоминающему устройству, , генератор импульсов через блок автоматики соединен со,счетчиком импульсов и цифровым отсчетным устройством [2]. Недостатком этого устройства является низкая точность и быстродействие при значительной частотной погрешности высокочастотного тракта (входного коммутатора и широкополосного усилителя), что является следствием калибровки на одной частоте и существенной нестабильности частотной характеристики в области высоких частот широкополосного усилителя, охваченного петлей обратной связи. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности измерения. Указанная цель достигается тем, что в цифровой вольтметр переменного. напряжения, содержащий широкополосный усилитель, преобразователь действующих значений напряжения, два ключа, интегратор, компаратор, блок автоматики, генератор импульсов, введены генератор белого шума, перемножающее устройство, дополнительный интегратор, причем вход широкополосного усилителя через последовательно соединенные генератор белого шума и перемножающее устройство соединен со своим выходом, а выход перемножающего устройства через дополнительный интегратор соединен со вторым входом второго ключа.

Структурная электрическая схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит широкополосный усилитель 1 и преобразователь 2 действующих значений напряжения, ко входу которого подсоединен генератор 3, а выход преобразователя 2 через ключ 4 соединен последовательно с интегратором 5 и компаратором 6, один из входов перемножающего устройства 7 соединен с генератором 3, второй вход подсоединен к выходу широкополосного усилителя 1, а выход перемножающего устройства 7 через интегратор 8 и ключ 9 подсоединен ко входу интегратора 5, управляющие входы блока 10 автоматики, который осуществляет управление ключами 4 и 9, соединены с выходом компаратора 6 и выходом генератора 11 импульсов, выход блока 10 через счетчик 12 импульсoj . соединен с цифровым отсчетным устройством 13.

Принципиальная возможность осущест5 вления мультипликативной коррекции при построении предлагаемого цифрового милливольтметра основана на возможности как уровнёвого, так и статистического разделения двух и более статистически 10 независимых сигналов, в данном случае входного сигнала U_&x ( t ) милливольтметра и сигнала ϋ_αΛ ( t ) шумового генератора 3.

Работа устройства осуществляется сле¹⁵ дующим образом.

На вход широкополосного усилителя 1 одновременно с информативным входным сигналом 6_В/. (t ) подается сигнал генератора 3 (в качестве которого целесообразно использовать генератор белого шума), уровень которого определяется из допустимой величины коэффициента шума.

Сигнал с выхода широкополосного усилителя 1 подается на один из входов перемножающего устройства 7, на другой вход которого поступает сигнал непосредственно с генератора 3. После перемножения и усреднения, произведенных соответственно устройствами перемножения 7 и· интегратором 8, выходной сигнал пропорционален взаимокорреляционной функции двух сигналов.

На выходе интегратора 8 выделяется сигнал,' который несет информацию с муль³⁵ типликативной составляющей погрешности, измеряемое напряжение через первый ключ 4 поступает на вход интегратора 5, в результате выходное напряжение интегратора 5 начинает линейно расти. Через интервал времени, определяемый временем заполнения счетчика 12, имеющего емкость N , импульсами от генератора 11 первый ключ 4, управляемый блоком автоматики 10, отключает напряжение > и на ⁴⁵ вход интегратора 5 через второй ключ 9 подается напряжение с выхода интегрирующего интегратора 8, имеющее обратную полярность. При этом напряжение на входе интегратора 5 будет линейно уменьшаться по абсолютной величине. Одновременно импульсы от генератора 11 начинают поступать в счетчик 12. В момент времени достижения выходным напряжением интегратора 5 нулевого уровня срабатывает компаратор 6 и блок автоматики 10 прекращает поступление импульсов в счетчик 12. При этом код, записанный в счетчике 12, пропорционален скорректи5 '721756 рованному результату измерения действующего значения входного напряжения.

В результате применения генератора белого шума снижаются требования к мультипликативной погрешности широко— ₅ полосного усилителя за счет того, что калибровочный сигнал перекрывает весь рабочий диапазон частот, а следовательно, точность измерения в широкой полосе частот выше, снимается проблема устой- ю чивости широкополосного усилителя за счет применения разомкнутой структуры последнего«

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники и предназначено дл  точного изморони  действующего значеЕш  переменного напр жени . Известен цифровой вольтметр переменного напр жени , входной зажим которого через входной сумматор и широкополосный усилитель с регулируемым звеном обратной св зи подсоединены к входному преобразователю действующих значений, выход которого через выходной сумматор соединен с выходом опорного преобразовател  действующих значений, вход которого через переключатель подсоединен к источнику опорного тока в первый такт измерени  непосредственно, а во второй такт через делитель тока, выходной сумматор через нуль-орган соединен с одним из входов рет-улируемого звена, выхоц которого через преобразователь напр жени  в частоту и реверсивный счетчик соединен с индикаторным устройством 1. Недостатком такого устройства  вл етс  то, что ксул1 тнпликативна  погреш- ность преобразовател  переменного напр жени  в посто нное, котора  определ етс  величиной частотной погрешности П ре дв ключе иного делител  и широкополосного усилитоп , либо полностью входит в результирующую погрешность, либо корректируетс  недостаточно эффективно. Известен также цифровой вольтметр переменного напр жени , содержащий преобразователь переменного напр жени  в посто нное (широкополосный усилитель и преобразователь действующих значений), вход которого через переключатель соединен со входом прибора или с выходом преобразовател  посто нного напр жетс  в переменное, уровень посто ннотчз напр жени  которого определ етс  напр жением на запоминающем устройстве, которое подсоединено к выходу преобразовател  переменного напр жени  в посто нное , интегрирующие усилители соединены последсжательно с компараторами, выходы которых соедине пы с блоком автоматики , входы первого из интеграторов через ключи соединены с источником посто нного напр жени  и выходом преобразовател  переменного напр жени  в посто нное, а входы второго интегратора через ключи подсоединены к преобразователю переменного напр жени  в посто нное и запоминающему устройству, , генератор импульсов через блок автоматики соединен со,счетчиком импульсов и цифровым отсчетным устройством- 2. Недостатком этого устройства  вл етс  низка  точность и быстродействие при значительной частотной погрешности высокочастотного тракта (входного коммутатора и широкополосного усилител  что  вл етс  следствием калибровки на одной частоте и существенной нестабильности частотной характеристики в област высоких частот широкополосного усилите л , охваченного петлей обратной св зи. Целью изобретени   вл етс  повыщение быстродействи  и точности измерени Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровой вольтметр переменного.напр  жени , содержащий щирокополосный усилитель , преобразователь действующих значений напр жени , два ключа, интегратор , компаратор, блок автоматики, генератор импульсов, введены генератор белого шума, перемножающее устройство дополнительный интегратор, причем вход щирокополосного усилител  через послед вательно соединенные генератор белого щума и перемножающее устройство соединен со своим выходом, а выход перемножающего устройства через дополнительный интегратор соединен со вторым входом второго ключа. Структурна  электрическа  схема пре длагаемого устройства приведена на чер теже. Устройство содержит широкополосный усилитель 1 и преобразователь 2 дейст вующих значений напр жени , ко входу которого подсоединен генератор 3, а вы ход преобразовател  2 через ключ 4 со единен последовательно с интегратором 5 и компаратором 6, один из входов перемножающего устройства 7 соединен с генератором 3, второй вход подсоединен к выходу щирокопопосного усилител  1, а выход перемножающего устройства 7 через интегратор 8 и ключ 9 подсоедин ко ВХОДУ интегратора 5, управл ющие входы блока 10 автоматики, который ос . ществл ет управление ключами 4 и 9, с единены с выходом компаратора 6 и вы ходом генератора 11 импульсов, выход блока 10 через счетчик 12 импульсо. соединен с цифровым отсчетным устройством 13. Принципиальна  возможность осуществлени  мультипликативной коррекции при построении предлагаемого цифрового милливольтметра основана на возможности как уровнёвого, так и статистического разделени  двух и более статистически независимых сигналов, в данном случае ( t ) МИЛЛИВОЛЬТВХОДНОГО сигнала U ( t ) шумового геметра и сигнала нератора 3. Работа устройства осуществл етс  следующим образом. На вход щирокополосного усилител  1 одновременно с информативным входным сигналом у, (t ) подаетс  сигнал генератора 3 (в качестве которого целесообразно использовать генератор белого щума), уровень которого определ етс  из допустимой величины коэффициента щума. Сигнал с выхода щирокополосного усилител  1 подаетс  на один из входов перемножающего устройства 7, на другой вход которого поступает сигнал непосредственно с генератора 3. После перемножени  и усреднени , произведенных соответственно устройствами перемножени  7 и- интегратором 8, выходной сигнал пропорционален взаимокоррел ционной функции двух сигналов. На выходе интегратора 8 вьщел етс  сигнал, который несет информацию с г гупьтипликативной составл ющей погрешности, измер емое напр скение через первый ключ 4 поступает на вход интегратора 5, в результате выходное напр жение интегратора 5 начинает линейно расти. Через интервал времени, определ емый временем заполнени  счетчика 1.2, имеющего емкость N , импульсами от генератора 11 первый ключ 4, управл емый блоком автоматики 10, отключает напр жение и на вход интегратора 5 через второй ключ 9 подаетс  напр жение с выхода интегрирующего интегратора 8, имеющее обратную пол рность. При этом напр жение на входе интегратора S будет линейно уменьшатьс  по абсолютной величине. Одновременно импульсы от генератора 11 начинают поступать в счетчик 12. В момент времени достижени  выходным напр жением интегратора 5 нулевого уровн  срабатывает компаратор 6 и блок автоматики 1О прекращает постзпшение импульсов в счетчик 12. этом код, записанный в счетчике 12i пропорционален скорр ктированному результату измерени  действу ющего значени  входного напр жени , В результате применени  генератора белого шума снижаютс  требовани  к мультипликативной погрешности широко- полосного усилител  за счет того, что калибровочный сигнал перекрывает весь рабочий диапазон частот, а следовательно , точность измерени  в широкой полосе частот выше, снимаетс  проблема устойчивости широкополосного усилител  за счет применени  разомкнутой структуры последнего« Формула изобретени  Цифровой вольтметр переменного напр жени , содержащий последовательно сое диненные широкополоеtOiiE усилитель, пре образователь действующих значений напр жени , первый ключ, интегратс, компаратор , вход интегратора соединен с вы ходом второго ключа, первый вход которого соединен с первым выходом блока автоматики, второй выход которого соединен с управл ющим входом первого ключа, третий выход через счетчик импульсов соединен с цифровым отсчетным устройством , а вход блока автоматики соединен с выходом генератора импульсов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности измерени , введены генератор белого шума, перемножающее устройство, дополнительный интегратор, причем вход широкополосного усилител  через последовательно соединенные генератор белого шума и перемножающее устройство соединен со своим выходом, а выход перемножающего устро1йства через дополнительный интегратор соединен со вторым входом второго ключа. Исвочники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 386344, кл. G О1 R 19/02, 1972.
2. 2.Авторское свидетельство СССР М 606207, кл, G 01 R 19/02, 1977 (прототип).