SU748856A1 - Многоотсчетный цифровой вольтметр врем -импульсного преобразовани - Google Patents

Description

(54) МНОГООТСЧЕТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

1

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в измерительной технике, автоматике и вычислительной технике,

Известный цифровой вольтметр врем - , импульсного преобразовани , содержащий элемент сравнени  пилообразного Vf, и измер емого V;( напр жений, триггер, генератор пилообразного напр жени , ключ, генератор эталонной частоты и счетчик JQ импульсов, причем выход генератора пилообразного напр жени  подключен к одному из входов элемента сравнени , измер емое напр жение подключено ко второму входу элемента сравнегш , вы- ,5 ход последнего через триггер соединен со входом ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выход ключа соединен со входом счетчика импульсов. Интервал 20. времени между пусковым импульсом, вырабатываемым при запуске генератора пилообразного напр жени  к стоп-импульсом , вьфабатываемым элементом сравнени  в момент равенства УХ и V , фиксируетс  триггером. Интервал пропорционален величине измер емого напр жени  Vj( и при заполнении его импульсами эталонной частоты получаетс  цифровой эквивалент, пропорщюнальный напр жению VC l .

Основной недостаток вольтметра низкое быстродействие, так как в нем осуществл етс  последовательный счет импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому,  вл етс  многоотсчетный цифровой вольтметр врем импульсного преобразовани , содержащий генератор эталонной частоты, генератор пилообразного напр же ш  с ключами по числу разр дов отсчета, элементы И на три входа, счетчики импульсов, блок цифрового о счета, элемент сравнени  и блок выделени  разности, входы которого подключены к источнику измер емого напр жени  и к выходу генератора пилообразного напр жени , а выход через элемент сравнени , другой вход которого соединен с общей шиной, и триггер Подключен к первым ) им элементов И на три входа Г а выходы элемен-. тов И подключены к счетчикам импульсов и блоку цифрового отсчета, К прибору уравновешивающего преобразовани  предъ вл ютс  жесткие требовани  к стабильности компенсирующего напр жени , так как погрешность задани  компенсирующего напр5ш:ени  Vrf есть погрешность измерени . Кроме того суммирование пилообразного и компенсирующего напр жений приводит к необходимости подключени  источник(а пипооВразного напр жени  к общей шине через ИСТОЧНИК компенсирующего напр жени  2 Недостаток этого вольтметра - больша  сложность конструкции, низка  помехозащищенность . Цель изобретени  - повышение помехо защищенности. Она достигаетс  тем, что в многоотсчетный цифровой вольтметр врем -импул сного преобразовани , содержащий гене-г ратор пилообразного напр жени  с ключа ми по числу разрг.-дов отсчета, генерато эталонной частоты, элементы И на три входа, счетчики импульсов, блок цифрово го отсчета, элемент сравнени  и блок выделени  разности, входы которого под ключены к источнику измер емого Напр  жени  л к выходу генератора пилообразного напр жени , а выход - через элемент сравнени , другой вход которого соединен с общей шиной, и триггер подключен к первым входам элементов И на три входа, а выходы элементов И подключены к счетчикам импульсов и блоку цифрового отсчета введены элемент задержки, элементы И на два входа , пороговые элементы, число которых на единицу меньше количества разр дов отсчета , логичес кий блок и по два триг гера . на каждый пороговый элемент, причем вторые входы элементов И на три входа подключены через элемен И на два входа к Инверсному выходу элемента задержки и к выходу генерато эталонной частоты, соединенных с шиной стартовых импульсов, при этом входы Шрогйёых элементов параллельно подСое динены к выходу блока выделени  разн стй, а выходы через логический блок ПШключены ко входам соответствующих пар триггеров, нулевой выход первого триггера первой пары подключен через логический блок к триггерам последующего разр да, его единичный выход (подсоединен к третьему входу соответствующего элемента И на три входа, а выходы вторых триггеров всех пар, вход сброса которых подключен к выходу первого элемента И на два входа, подсоединены к входам сброса первых триггеров сботвё стЁующей пары третий вход элемента И на три входа младшего разр да подключен к выходу логического блока и к нулевому выходу первого триггера предпоследнего разр да через элемент И на два входа, а третьи входы элементов Ина три входа соединены со входами ключей. . .. На фиг. 1 представлена блок схема предложенного многоотсчетного (здесь трехотсчетного ) вольтметра врем - импульсного преобразовани ; на фиг. 2 схема логического блока. Устройство содержит блок 1 выделени  разности измеренного Vy и пилообразного Vj, напр жений, элемент 2 сравнени , сравнивающий с нулевым уровнем и срабатьгоающий при Vj, V О, триггер 3, генератор 4 пилообразного напр жени  (ГПН), Хлючи 5,6,7 по количеству разр дов отсчета, пороговые элементы 8, 9, логический блок Ю, осуществл ющий выборку старшего из сработавших пороговых элементов, генератор 11 ЭтаЛонной частоты, элемент 12 задержки, элементы 13, 14 И ka два входа , триггеры 15, 16, 17, 18, элементы 19, 20, 21 И на три входа, счетчики 22, 23, 24 импульсов сотен I дес тков и единиц и блок 25 цифрового отсчета. Причем входы блока 1 выделени  разности подключены к источнику измер емого напр жени  и к выходу генератора 4 пилообразного напр жени , ко входу Которого подсоединены ключи 5, 6, 7 по числу разр дов отсчета. Выход блока 1 выделени  разности подключен через элет«1ент 2 сравнени  и триггер 3 к первым входам элем«iTOB 19, 20, 21 И а выходы этих элементов И подключены к счетчикам 22, 23, 24 импульсов, последовательно соединенных между собой и подключенных к блоку 25 цифрового отсчета. Вторые входы элементов 19, 2О, 21 И подсоединены через элемент 13 И к выходам элемента 12 задержки и генаратора эталонной частоты, синхронизированных пусковым импульсом. Кроме того, выходы каждого из пороговых элементов 8,9, входы которых подсоединены к выходу узла блока 1 выделени  разности, через логический блок 1О подключены параллельно ко входам соответствующих пар триггеров 15, 16 и 17, 18. Нулевой выход триггера 16 под ключен через логический блок 1О к триг герам 17, 18 последующего разр да отсчета, а его единичный выход подсоединен к третьему входу элемента 19 И. Выходы триггеров 15 и 17, входы сбро са которых подключены через элемент 13 И к выходу ген атора 11 эталон-. ной частоты подсоединены соответственн к входам сброса триггеров 16 и 18. Третьи входы элементов 19, 20 И соединены со входами ключей 5, 6, а вход ключа 7 подсоединен к третьему входу элемента 21 И на три входа и к выходу элемента 14 И на два зхода второй вхо которого подключен к нулевому выходу триггера 18 предпоследнего разр да. Работа прибора основана на изменени наклона генератора пилообразного напр жени  в соответствии со счетом сотен, дес тков и единиц счетчиками импульсов Переключение наклона генфатора 4 пилообразнохх ) напр жени  осуществл етс  ключами 5, 6, 7, воздействующими на врем задающую цепь генератора 4 и измен ющими ее .посто нную времени.:. В предлагаемом устройстве требовани  к стабильности напр жений пороговых элементов 8 и 9 снижены. Это достигае с  за счет повышени  уровн  порогов настройки. Пороговый элемент 8 настрое на 150 условных единиц (у.е.), а элемент 9 на 15 у,е. и уровни их срабатывани  могут измен тьс  соответственно в пределах ± 5О и t 5 у.е. Это не приведет к ошибке в, измерении. Работает вольтметр следующим образом . Пусть измер емое напр жение V 476 у.е. При включении прибора срабатывают оба пороговых элемента 8 и 9. Однако на выходе логического блока 1О будет сигнал только от старшего порогового элемента 8. Он откроет ключ 5, в срответстбии с чем генератор пилообразного напр жени  будет вьфабатывать напр жение с максимальным наклоном. Одновременно сигнал с выхода старщего из сработавщих Пороговых элементов 8 через логический блок 10 взводит триггеры 15 и 16, так как у.е По сигналу Измерение вырабатываетс  пусковой импульс, который синхронизируе начало работы генератора 4 пилообразного напр жени , триггера 3 выделени  ин-н тервала времени, пропорционального длине кода поразр дного измерени  напр жени  Y( и генератора 11 эталон- , ной частоты. Така  синхронизаци  дл  вольтметров с поразр дной разверткой пилообразного напр жени  необходима в отличие от вольтметра врем -импльсного преобразовани  с подсчетом единичных приращений, так как здесь погрешность в единицу дискретности при отсчете старшего разр да равна ста дискретност м младшего разр д а. При синхронизации работы генератора 11 необходимо, чтобы первый импульс не прошел на входы счетчиков 22-24 импульсов. Дл  этого введен элемент 12 задержки типа одновибратора с временем задержки больше длительности импульса ген атора 11 эталонной частоты. На нулевом выходе элемента 12 задержки по вл етс  сигнал, запрещающий прохождение первого импульса генератора 11 через элемент 13 И. Остальные импульсы будут проходить через элемент 13 И на счетчики. Таким образом, сигнал с выхода триггера 3 поступит на элементы 19, 2О, 21 И. Однако откроетс  только элемент 19 И так как только на его третьем входе будет единичный сигнал с триггера 16 и импульсы с г,енератора 11 эталонной частоты поступают на счетчик 22 сотен . При достижении пилообразным напр жением уровн  476-150-326 у.е. пороговый элемент 8 отпустит (когда Vj( у.е). Триггер 15 сбрасываетс  в О тактовым импульсом генератора 11 эталонной частоты. После этого триггер 15 сбросит триггер 16 и позволит пройти еще одному (четвертому ) импульсу через элемент 19 И на счетчик 22, а затем запретит их прохождение . После прихода четвертого импульса в счетчик 22 сотен срабатывает триггер 18 и элемент 20 И, сигнал с выхода которого воздействует на ключ 6, уменьшит наклон пилообразного напр жени  в 10 раз1И пропустит импульсы на счётчик 23 дес тков. Импульсы генератора 11 начнут поступать на счетчик 23 дес тков. Разность Vy -V после отсчета первого разр да будет 476-4ОО 76у.ё. Остаток 76 у.е. подсчитываетс  счетчиком дес тков. При величине пилообразноо напр жени  76-15-61 у.е. пороговый лемент 9 отпускает, взводитс  триггер

17, который затем сбрасываетс  тактовым импульсом и сбрасывает триггер 18. Однако седьмой импульс успевает пройти через ,элемент 20 И на счетчик 23 дес тков . Образуетс  остаток . у.е. Наконец, генератор пипо.образного напр жени  по сигналу логического блока 10 еще раз изменит наклон нагф жени  (сработает люч 7) и через открытый элемент 21 И начнут

поступать И1 1пульсы единиц цифрового эквивалента на счетчик 24, На шестом импульсе наступает равенство ,. . 476 у.е,, срабатывает элемент 2 сравнени , который закрывает элемент 21 И. Цифровой эквивалент YX -476 у.е., хранимый в счетчиках 22, 23, 24, соответствует значению измер емой величины , Vx и регистрируетс  блоком 25 цифрового отсчета., Измерение напр жени , .например,

426 у.е. будет происходить другим способом . Поступ т два импульса в счетчик сотен, и при достижении пилообразным напр жением величины У 426-150

276 у.е. пороговый элемент. 8 отпустит. Однако после этого на.счетчшс 22 сотен успеет пройти третий импульс, Излом пилообразного напр жени  произойдет на уровне ЗОО у.е. Т.е. отсчет остатка / -М 426-ЗОО 126 у.е. будет происходить не сотн ми, а дес тками за двенадцать тактов работы генератора эталонной частоты, . Таким образом, если измер емое напр жение имеет значегаге больше половины дискретности отсчитываемого разр да . то отсчет последующего разр да происходит за число тактов меньше дес ти; при значении измер емого напр5гжени  меньше половины дискретности отсчитываемого разр да, оценка значени  последующего разр да происходит за число тактов больигем дес ти. Поэтому дл  обеспечени  возможности переноса дес т импульсов младшего разр да в старший в устройство введены св зи переноса из счеТчика ед1гаиц в счетчик дес тков и т.д. Это позвол ет резко уменьшить треРювание к стабильности пороговых элементов . Требование к стабильности порогового элемента 8 составл ет ± 50 у.е. Ск;ещение во времени и и от температур уровн  срабатывани  в пределах 15О± + 5б у.е. не приведет к понижению точности измерени , изменитс  лишь соотношение обшего количества измерений производимых оптимальным (без переноса) и

Iнеоптимальным (спереносом из младшего разр да в старший) способами. Аналогично происходит отсчет третьего разр да . Произойдет последнее изменение наклона напр жени  ГПИ и подсчет единиц . Выборка старшего из сработавших пороговых элементов осуществл етс  с помощью логического блока 10.

Логические блоки Ш1фоко используют-с  в цифровых вольтметрах параллельнопоследовательного уравновешивани . Блок представлен (см. фиг.2) вместе с пороговыми элементами 8 и 9 и триггерами 15, 16, 17 и 18. Он состоит из элементов 26, 27 НЕи элементов 28, 29И Если Vx-Vv,7l50 у.е., то срабатывают оба пороговых элемента 8 и 9, но сигнал 1 будет только на выходе элемента 8. Онвзведет триггеры 15 и 16. Когда Vx -УцСтанет меньше 150 у.е. и элемент 8 отпустит старшим станет пороговый элемент 9. Однако сброс триггера 15 произойдет только по приходу следующего тактового импульса генератора эталонной частоты. Тогда же произойдет взведение триггеров 17 и 18, и соответственно, излом пилообразного напр жени  и подсчет импульсов дес тков :так как нулевой выход триггера 16 соединен с третьим входом элемейта 19 И. Е озможно использование в цифровом вольтметре и других аналогичных блоков, но это приводит к большему объему и неоднородности элем ентов сопр жени  с вольтметром.

Предложенный цифровой вольтметр по сравнению с вольтметрами врем импульсного преобразовани  без изменени  крутизны ГПН имеет в - раз, где р - количество разр дов отсчета прибора, большее быстродействие (такпри р 3 в 33 раза, при р 4 в 25О раз), обладает более простой схемной реализацией за счет использовани  пороговых элементов с низкими требован ми к их стабильности. Точность предложенного вольтметра выше, чем у известного , так как в последнем отсутствует синхронизаци  первого импульса генератора эталонной частоты.

Claims (2)

1.Шл ндин В. М. Цифровые .измерительные преобразователи и приборы. В.Ш. .М., 1973, с. 168-169.

2.Полупроводниковые кодирующие и декодирующие преобразователи. Под ред.

.Смолова Б. В., Энерги , 1967, с.145150 (прототип).