SU744978A1

SU744978A1 - Method and device for measuring dc voltages

Info

Publication number: SU744978A1
Application number: SU782623583A
Authority: SU
Inventors: Валерий Владимирович Озеров
Original assignee: Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1978-05-25
Publication date: 1980-06-30

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике.The invention relates to information measuring equipment.

Известен способ измерения постоянных напряжений, основанный на промежуточном преобразовании во временной интервал, за счет интегрирования опорного напряжения ^sдо момента достижения проинтегрированным напряжением измеряемого напряжения с последующим преобразованием его в код путем заполнения импульсами образцовой частоты. Устройство для осуществле- ’⁰ния способа содержит источник опорного напряжения, ключи, интегратор, устройство установки начального значения, компаратор, устройство сравнения, блок управления, генератор импульсов образцовой час- ^1Sтоты, схему И и счетчик [1] .There is a known method for measuring DC voltages, based on intermediate conversion into a time interval, by integrating the reference voltage ^s until the integrated voltage reaches the measured voltage and then converting it into a code by filling pulses with a reference frequency. Device for osuschestvle- ^'0 Nia method comprises a reference voltage source, keys, integrator initial value setting unit, a comparator, the comparator, the control unit, the pulse generator exemplary chas- Toty ^1S, AND circuit and the counter [1].

Недостатком способа и устройства для его осуществления являются отсутствие помехозащищенности! и низкая точность преобразования.The disadvantage of this method and device for its implementation is the lack of noise immunity! and low conversion accuracy.

Известен способ измерения постоянных напряжений, основанный на промежуточном преобразовании во временной интервал, за счет интегрирования измеряемого постоянного напряжения в течение интервала времени, равного целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и последующего интегрирования опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности входного, с последующим преобразованием временного интервала в код путем заполнения импульсами образцовой частоты [2], Устройство для его осуществления,содержит источник опорного напряжен ия, выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого через блок формирования периода интегрирования опорного напряжения соединен с выходами компаратора и устройства сравнения, первые входы которых через интегратор связаны с выходами первого и второго ключей, вход второго ключа через последовательно соединенные устройство формирования периода интегрирования измеряемого напряжения и генератор импульсов образцовой частоты, которые образуют блок управления, соединен с первым входом счет чика, выход генератора импульсов образцовой частоты подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом первого ключа, а выход - со вторым входом счетчика [3] .A known method of measuring DC voltage, based on an intermediate conversion into a time interval, by integrating the measured DC voltage over a time interval equal to an integer number of periods of the AC interference signal, and then integrating the reference voltage, the polarity of which is opposite to the input polarity, followed by converting the time the interval into the code by filling the reference frequency with pulses [2], A device for its implementation, contains an op source voltage, the output of which is connected to the first input of the first key, the second input of which through the unit for generating the integration period of the reference voltage is connected to the outputs of the comparator and the comparison device, the first inputs of which are connected through the integrator to the outputs of the first and second keys, the input of the second key through series-connected a device for generating a period of integration of the measured voltage and a pulse generator of the reference frequency that form the control unit is connected to the first input of the counter, Exit exemplary frequency pulse generator connected to the first input of the AND gate, a second input coupled to the second input of the first switch, and an output - to the second input counter [3].

Недостатком способа и устройства для его осуществления, являются низкое быстродействие! и низкая точность измерения постоянных напряжений.The disadvantage of this method and device for its implementation are low speed! and low accuracy of constant voltage measurements.

Цель изобретения - увеличение быстро-- ю действия и повышение точности измерения постоянных напряжений.The purpose of the invention is to increase the fast action and increase the accuracy of measuring constant voltages.

Поставленная цель достигается тем,что при способе измерения постоянных напряжений, основанном на промежуточном пре- 15 образовании во временной интервал, за счет интегрирования измеряемого постоянного напряжения в течении интервала времени, равного целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и интегри·, 20 рования опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности измеряемого, с последующим преобразованием его в код путем заполнения импульсами образцовой частоты, интегрирование опор- 25 ного напряжения начинают в момент достижения проинтегрированным измеряемым постоянным напряжением развертывающегося во времени напряжения, изменяющегося по формуле: зо = 0 - т) е где t - текущее время;This goal is achieved by the fact that with the method of measuring direct voltages based on the intermediate conversion into a time interval, by integrating the measured direct voltage over a time interval equal to an integer number of periods of the AC noise signal, and integrating voltage, the polarity of which is opposite to the polarity of the measured, with its subsequent conversion into a code by filling pulses of the reference frequency, the integration of the reference voltage they scream at the moment the integrated measured constant voltage reaches the time-unfolding voltage, which varies according to the formula: zo = 0 - t) e where t is the current time;

Т - интервал времени, равный цело- 35 му числу периодов сигнала помехи переменного тока;T is the time interval equal to the whole 35th number of periods of the AC interference signal;

Uо ~ опорное напряжение;Uо ~ reference voltage;

- постоянная времени интегрирования. 40- integration time constant. 40

В устройство! для осуществления способа, содержащее источник опорного напряжения, два ключа, интегратор, компаратор, устройство сравнения, блок управления, содержащий устройство формирования пер. 45 риода интегрирования измеряемого напряжения и генератор импульсов образцовой частоты, блок формирования периода интегрирования опорного напряжения, элемент И и счетчик, введены дополнительный ключ 50 и формирователь развертывающегося во времени напряжения, состоящий из двух дополнительных интеграторов и суммирующего устройства, причем первый вход дополнительного ключа соединён с выходом 55 источника опорного напряжения, второй вход - со входом второго ключа, а выход со входом последовательно соединенныхTo the device! for implementing the method, containing a reference voltage source, two keys, an integrator, a comparator, a comparison device, a control unit containing a lane forming device. 45 of the integration of the measured voltage and the pulse generator of the reference frequency, the unit for generating the integration period of the reference voltage, the element And and the counter, an additional key 50 and a voltage-evolving voltage driver are introduced, consisting of two additional integrators and a summing device, the first input of the additional key being connected to the output 55 of the reference voltage source, the second input with the input of the second key, and the output with the input of series-connected

744978 4 дополнительных интеграторов, выходы которых подключены к входам суммируйтего устройства, выход которого соединен со вторым входом устройства сравнения.744978 4 additional integrators, the outputs of which are connected to the inputs of the summarized device, the output of which is connected to the second input of the comparison device.

Временная диаграмма, поясняющая принцип действия способа измерения постоянных напряжений, представлена на фиг. 1. Структурная электрическая схема устройства приведена на фиг. 2. Временная диаграмма получения развертывающегося во времени постоянного напряжения приведена на фиг. 3.A timing diagram explaining the principle of operation of the DC voltage measuring method is shown in FIG. 1. The block diagram of the device is shown in FIG. 2. A timing diagram for obtaining a time-varying DC voltage is shown in FIG. 3.

На фиг. 1 изображено развертывающееся во времени напряжение 1,изменяющееся по формуле проинтегрированное напряжение 2; время интегрирования измеряемого постоянного напряжения 3; время интегрирования опорного напряжения 4.In FIG. 1 shows the time-unfolding voltage 1, the integrated voltage 2 varying according to the formula; integration time of the measured DC voltage 3; reference voltage integration time 4.

Устройство, приведенное на фиг. 3, содержит интегратор 5, построенный на операционном усилителе с емкостной обратной связью, ключи 6 и 7 для подключения к шине 8 измеряемого постоянного йапряженин, источник 9 опорного напряжения, ключ 10, подающий опорное напряжение на вход формирователя 11 развертывающегося во времени напряжения, состоящего из последовательно соединенных интеграторов 12 и 13 и суммирующего устройства 14, устройство 15 сравнения, блок 16 управления с устройством 17 формирования периода интегрирования измеряемого напряжения и генератором 18 импульсов образцовой частоты, блок 19 формирования периода интегрирования опорного напряжения, компаратор 20, шина 'Старт' 21, шина 'Стоп 22, элемент И 23 и счетчик 24, с выхода которого снимается результат измерения - цифровой код.The device shown in FIG. 3, contains an integrator 5, built on an operational amplifier with capacitive feedback, keys 6 and 7 for connecting a measured constant voltage to a bus 8, a reference voltage source 9, a key 10 supplying a reference voltage to the input of the voltage-time imaging unit 11, consisting of series-connected integrators 12 and 13 and a summing device 14, a comparison device 15, a control unit 16 with a device 17 for forming a period of integration of the measured voltage and a pulse generator 18 exemplary pilots at block 19 forming the integration period of the reference voltage, the comparator 20, the bus' Start '21, the bus' Stop 22, AND gate 23 and counter 24, output from which is removed the measuring result - a digital code.

На фиг. 3 изображены: 25 - напряжение на выходе интегратора 12; 26 — напряжение на выходе интегратора 13; 27 — напряжение на выходе суммирующего устройства.In FIG. 3 shows: 25 - voltage at the output of the integrator 12; 26 - voltage at the output of the integrator 13; 27 - voltage at the output of the summing device.

Принцип действия способа измерения постоянных напряжений происходит в два такта. В течение первого такта происходят интегрирование измеряемого постоянного напряжения и развертывание во времени напряжения 1. В момент времени 4f при достижении проинтегрированным измеряемым напряжением 2 развертывающегося во времени напряжения 1 заканчивается первый такт.The principle of operation of the method of measuring constant voltage occurs in two cycles. During the first cycle, the measured DC voltage is integrated and time 1 develops in time. At time 4f, when the integrated measured voltage 2 reaches time-unfolding voltage 1, the first cycle ends.

Во время второго такта происходит интегрирование измеряемого постоянного на= пряжения и опорного напряжения, полярность которого противоположна полярности измеряемого. Второй такт заканчивается 5 при равенстве проинтегрированных напряжений в первом и втором тактах.During the second cycle, the measured constant voltage = voltage and the reference voltage are integrated, the polarity of which is opposite to the polarity of the measured one. The second cycle ends 5 with the equality of the integrated voltages in the first and second cycles.

Время цикла измерения определяется длительностью первого и второго тактов, т.е. временем, в течение которого интеп- 10 рировалось измеряемое постоянное напряжение 3.The measurement cycle time is determined by the duration of the first and second measures, i.e. the time during which the measured dc voltage 3 was integrated.

Работа устройства для осуществления способа происходит в два такта следующим образом. 15The operation of the device for implementing the method occurs in two steps as follows. fifteen

При поступлении на шину 21 старт импульса сбрасывается' в нуль счетчик 24 и запускается генератор 18. Импульсы образцовой частоты поступают в устройство 17, которое формирует интервал времени 20 длительностью Т, равный целому числу периодов сигнала помехи переменного тока. В результате этого измеряемое напряжение через ключ 6 поступает на вход интегратора 5 и опорное напряжение источника 9 25 через ключ 10 на вход формирователя 11, т.е. на вход интегратора 12. Выходное напряжение 25 и 26 суммируются, образуя напряжение 27.Upon receipt of the pulse 21, the start of the pulse is reset to zero counter 24 and the generator 18 is started. Pulses of the reference frequency are supplied to the device 17, which forms a time interval 20 of duration T equal to an integer number of periods of the AC noise signal. As a result of this, the measured voltage through the switch 6 is supplied to the input of the integrator 5 and the reference voltage of the source 9 25 through the switch 10 to the input of the shaper 11, i.e. at the input of the integrator 12. The output voltage 25 and 26 are summed, forming a voltage of 27.

Первый такт заканчивается,когда выход- 30 ное напряжение интегратора 5 достигнет напряжения 27 на выходе формирователя 11. В этот момент-устройство 15 вырабатывает импульс, по сигналу которого блок 19 через ключ 7 подключает к входу 35 интегратора 5 опорное напряжение источника 9. Происходит совместное интегрирование измеряемого и опорного напряжений. Второй такт заканчивается при получении на шине 22 компаратора 20 стоп-⁴0 импульса, по сигналу которого блок 19 отключает опорное напряжение от входа интегратора 5. В это же время отключаются измеряемое напряжение от входа интегратора 5 и опорное напряжение от входа фор— ⁴⁵мирователя 11, время первого и второго тактов равно времени интегрирования измеряемого напряжения. Во время интегрирования опорного напряжения импульсы генератора 18 через элемент И 23 поступали 5° на счетчик 24, в результате чего на выходах счетчика сформировался цифровой код, прямопропорциональный измеряемому напряжению.The first cycle ends when the output-30 voltage of the integrator 5 reaches a voltage of 27 at the output of the driver 11. At this moment, the device 15 generates a pulse, by the signal of which the unit 19 connects the reference voltage of the source 9 to the input 35 of the integrator 5 through a key 7. integration of measured and reference voltages. The second cycle ends when a stop pulse ⁴ 0 pulse is received on bus 22 of the comparator, by the signal of which the unit 19 disconnects the reference voltage from the input of the integrator 5. At the same time, the measured voltage from the input of the integrator 5 and the reference voltage from the input of the former — ^{45 of the} gate 11 are disconnected , the time of the first and second cycles is equal to the integration time of the measured voltage. During the integration of the reference voltage, the pulses of the generator 18 through the And 23 element received 5 ° to the counter 24, as a result of which a digital code was generated at the outputs of the counter, which was directly proportional to the measured voltage.

Способ измерения постоянных напряже- 55 ний и устройство для его осуществления позволяют снизить время измерения до величины, равной целому числу периодов сигнала помехи переменного тока, и уменьшить аддитивную погрешность, вызванную дрейфом нуля усилителей постоянного тока, используемых в интеграторе и сравнивающих устройствах при практической реализации способа.The method of measuring DC voltages and the device for its implementation can reduce the measurement time to a value equal to an integer number of periods of the AC noise signal, and reduce the additive error caused by the zero drift of the DC amplifiers used in the integrator and comparison devices in the practical implementation of the method .

Claims

The output of the pulse generator of the reference frequency is connected to the first input of the element I, the second input of which is connected to the second input of the first key and the output to the second input of the counter 3. The disadvantage of the method and device for its implementation is low speed and low accuracy of intent stresses. The purpose of the invention is to increase the fastness and increase the accuracy of measuring DC voltages. The goal is achieved by the fact that, in the method of measuring constant-to-ffs, based on an intermediate transformation into a time interval, by integrating the measured constant voltage over an interval of time equal to an integer number of alternating current disturbance periods, and int gryv-hrovaniya reference voltage, the polarity of which is opposite to the polarity of the measured, followed by converting it into a code by filling with pulses of an exemplary frequency, the integration of the reference voltage starts in m The achievement of the integration of the Fovato is measured by the STANDING Voltage paaBepibiaarc-me-state during the time of the voltage varying with the formula: 0/1)) where t is the current time; , T is the time interval equal to the centre of the number of periods of the signal of the interfering variable UQ — the reference voltage; e is a constant of time integration. A device for carrying out the method, comprising a source of reference voltage, two keys, an integrator, a comparator. comparison device, control unit. containing a device for integrating a measured non-equalizing period and a generator of impulses of exemplary frequency, a unit for forming a period for integrating a reference voltage, an element il and a counter, an additional key and a generator of a time-developed voltage consisting of two additional integrators and a totalizer are entered the EKOD of the additional key is connected to the output of the source of the reference voltage, the second input is connected to the input of the BTopoixi key, and the output with the shsod of the series-connected additional There are also integrated integrators whose outputs are connected: to the gadmir of a lean device, the output of which is connected to the second input of the comparison device. A timing diagram explaining the npiTH action of the method for measuring DC voltages is shown in FIG. 1. The structural electrical circuit of the device is shown in FIG. 2. The timing diagram for the production of a time-constant constant time is shown in FIG. 3. In FIG. 1 The voltage unwrapped in time 1, changed} is determined according to the formula) p u (t) 04) t Y If the integrated voltage 2j time И1гггр1фова1ш of the measured constant voltage 3; the integration time of the reference voltage 4. The device shown in FIG. 3 contains an integrator 5, built on a single-amplifier with capacitance-type coupling, keys 6 and 7 for connection to the bus 8 of the measured constant voltage, the source 9 of the reference voltage key 10, which supplies the reference voltage to the input of the former 11 of the sweepable voltage, consisting of series-connected integrators 12 and 13 and the summing device 14, the reference device 15, the control unit 16 with the device 17 forming the generator period and 1 integrating the measured voltage and a sample frequency generator 18, a reference voltage integrator-forming unit 19, a comparator 20, a start bus 21, a stop bus 22, an AND 23 element and a counter 24, which is removed from the output The measurement result is a digital code. FIG. 3 shows: 25 for the direction of the integrator output 12 26 - for example. the output output of the integrator 13; 27 is the output voltage of the summing device. The principle of operation of the method of measuring the real stresses occurs in two cycles. During the first cycle, the measured DC voltage is integrated and the voltage 1 is deployed in time. At a time instant f, when the measured voltage voltage 2 reaches the time-inverting voltage 1, the first cycle ends. 57 During the second cycle, the measured DC voltage and the reference voltage are integrated, the polarity of which is opposite to the polarity of the measured one. The second cycle ends when the integrated stresses in the first and second cycles are equal. The measurement cycle time is determined by the duration of the first and second cycles, i.e. time during which the measured constant was interrinted eg. 3. The operation of the device for carrying out the method takes place in two cycles as follows. When acting on the start-impulse bus 21, the counter 24 is reset and the generator 18 is started. The sample frequency pulses enter the device 17, which forms a time interval 20 of duration T equal to an integer number of periods of the AC interference signal. As a result, the measured voltage through the switch 6 is fed to the input of the integrator 5 and the reference voltage of the source 9 25 through the switch 10 to the input of the driver 11, i.e. to the input of the integrator 12. The output of the 25 and 26 is summed, forming a voltage of 27, the first cycle ends when the output voltage of the integrator 5 reaches the voltage of 27 at the output of the driver 11, at this moment the device 15 pushes a pulse, the signal of which The block 19 connects the source voltage 9 to the input of the integrator 5. The measured voltage and the reference voltage are combined. The second test ends when a stop pulse is received on bus 22 of comparator 2O, according to the signal of which unit 19 disconnects the reference voltage from the input of the integrator 5. At the same time, the measured voltage from the input of the integrator 5 and the reference voltage from the input of the driver 11, are disconnected the time of the first and second cycles is equal to the integration time of the measured voltage. During the integration of the reference voltage, the pulses of the generator 18 through the element I 23 were fed to the counter 24, as a result of which a digital code was formed at the outputs of the counter, the direct propalgonal voltage to be measured. The method of measuring DC voltages and a device for its implementation reduce the measurement time to a value equal to the integer number of periols 78 of the AC interference signal, and reduce the additive error caused by the drift of zero DC amplifiers used in the integrator and comparing devices in practical applications. implementation of the method. Claim 1. Method of measuring DC voltage based on intermediate conversion to time interval, by integrating the measured DC voltage for a time interval equal to an integer number of periods of the AC interference signal, and integrating the reference voltage, field the polarity of which is opposite to the polarity of the measured one, followed by its conversion into a code by filling it with pulses of an exemplary frequency, characterized in that, in order to increase speed and increase measuring accuracy permanent stresses integration reference voltage begin to achieve integrated with respect msment measured emym constant voltage razvertyvayuschegos time eg 1st female U (t) - (b |), where t - current time; T is the time interval equal to the integer number of periods of the signal of the AC interference; Uo is the reference voltage; J-constant integration time. 2. A device for carrying out the method according to claim 1, comprising a source of a reference voltage, the output of which is connected to the first input of the first key, the second input of which is connected to the outputs of the comparator and the comparator through the integrator connected through the formation unit of the integration period of the reference voltage. with the outputs of the first and second keys, the output of the second key through successively coupled devices forming the integration period of the measured voltage and the generator of pulses of the model hour then you. which form the control unit, is connected to the first input of the counter, the output of the pulse generator of exemplary frequency is connected to the first EKODOM of the element I, the second input of which is connected to the second input of the first key, and the output is connected to the second B1 input of the counter and a time-shifting driver, consisting of two additional integrators and a summing device, the first additional year of the additional switch connected to the source of the reference voltage, the second EKOD - to the input of the second key, and the output is connected to EZHOD of series-connected additional integrators, the outputs of which are connected to the inputs of the summing device, the output of which is connected to the second input of the comparison device. Sources of information taken into account in the examination 1. Shushkov EI, Tsodikov M, B. Multichannel analog-to-digital converters. L., Energie, 1975, p. 37,

2. Gitis EI. Transformers of information of electronic digital computing devices. M., Energie, 1975, p: 37O-374 (prototype).

3. USSR author's certificate number 347910, cl. H 03 K 13/20, 1972 (prototype).

one/

Yi