SU974287A1 - Цифровой интегрирующий вольтметр - Google Patents

Description

(5) ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ВОЛЬТМЕТР

1

Устройство относитс  к электроизмерительной технике и предназначено дл  измерени  среднего значени  переменных напр жений произвольной формы .

Известен цифровой вольтметр, со держащий устройства сравнени  и подключенный к одному из его входов генератор опорного пилообразного напр жени , период,которого много больше периода измер емого напр жени , а также логическое устройство, блок управлени , ключи и интегратор 1.

Недостатками данного устройства  вл ютс  низка  точность и помехоустойчивость при измерении переменных напр жений.

Известен цифровой интегрирующий BOjIbTMeTp, содержащий устройство сравнени  и подключенный к одному из его входов генератор опорного пилообразного напр жени , период которого много больше периода измерпемого напр жени , а также последовательно соединенные генератор импульсов эталонной частоты, ключевой элемент , двоично-дес тичный счетчик, отсчетное устройство, усилитель-ограничитель и логический блок, причем генератор опорного пилообразного напр жени  выполнен двухпол рным и подключен на вход усилител -ограничител , выход которого подсоединен

10 к одному из входов логического блока , к другому входу которого подключен выход устройства сравнени , на вход которого непосредственно подаетс  измер емое напр жение, а

15 выходы логического блока подключены соответственно к управл ющему входу ключевого элемента и шинам сложени  и вычитани  реверсивного двоичного дес тичного счетчика, соединенного с отсчетным устройством 2.

Однако устройство характеризуетс  низкой точностью и помехоустойчи3 востью при измерении переменных напр жений . Цель изобретени  - повышение точности и помехоустойчивости при измерении переменных напр жений. Поставленна  цель достигаетс  тем что в цифровой интегрирующий вольтметр , содержащий тактовый генератор, выполненный на датчике длительности цикла измерени , вход которого соединен с первым входом тактового генератора , подключенным к шине опорного напр жени , а выход - с первым выходом тактового генератора, подключенным к входу генератора опорного пилообразного напр жени , выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени , второй вход которого соединен с шиной входного осигнала, а пр мой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами логического блока, выполненного на элементе 2-2И-ИЛИ, первые, вторые и четвертые входы которого соединены соответственно с первыми, вторыми, третьими и четвертыми входами логического бло ка, первый выход которого соединен с управл ющим входом ключевого элемента , информационный вход которого соединен с выходом эталонного генера тора, а выход - с первым входом интегратора , выход которого соединен с отсчетным устройством, в него введены инвертор, второй и третий блок сравнени  второй ключевой элемент, в тактовь|й генератор введены четвертые и п тые блоки сравнени , а логический блок введены второй, третий, четвертый, п тый и шестой элементы 2-2И-ИЛИ, первый и второй входы второго элемента 2-2И-ИЛИ соединены соответственно с п тым и шестым входами логического блока, первый и второй входы третьего элемента 2-2И-ИЛ соответственно с седьмым и восьмым входами логического блока, а первый и второй входы четвертого элемента 2-2И-ИЛИ соответственно - с дев тым и дес тым входами логического блока, третьи входы второго, третьего и чет вертого элементов 2-2И-ИЛИ соединены с третьим входом логического блока, а их четвертые входы - с четвертым входом логического блока, причем выход первого элемента 2-2И-ИЛИ соединен с первыми входами п того и шестого элемента 2-2И-ИЛИ, при этом выход второго элемента 2-2И-ИЛИ соеди7 нен со вторыми входами п того и шестого элементов 2-2И-ИЛИ, выход третьего элемента 2-2И-ИЛИ - с третьим входом п того и четвертым входом шестого элементов 2-2И-ИЛИ, выход четвертого элемента 2-2И-ИЛИ - с четвертым входом п того элемента 2-2И-ИЛИ, подключенного к первому выходу логического блока, и третьим входом шестого элемента 2-2И-ИЛИ, выход которого соединен со вторым выходом логического блока, подключенного к управл ющему входу второго ключевого элемента, информационный вход которого соединен с выходом эталонного генератора , а выход - со вторым входом интегратора, при этом первый вход второго блока сравнени  соединен непосредственно с выходом генератора опорного пилообразного напр жени  и входом инвертора , а второй вход с выходом инвертора и первым входом третьего блока сравнени , апр мой и инверсный выходы второго блока сравнени  соединены соответственно с третьим и четвертым входами логического блока, п тый и шестой выходы которого соединен соответственно с пр мым и инверсным выходами третьего блока сравнени , второй вход которого соединенс шиной входного напр жени , причем вторые пр мой и ин- . версный выходы тактового генератора соединены с седьмым и восьмым входами логического блока, третий пр мой и инверсный выходы тактового генератора соединены с дев тым и дес тым входами логического блока, кроме того , первые входы четвертого и п того блоков сравнени  соединены с первым входом тактового генератора, второй вход четвертого блока сравнени  со вторым входом тактового генератора , подключенного к выходу генератора пилообразного опорного напр жени , а второй вход п того блока сравнени  - к третьему входу тактового генератора, подключенного к выходу инвертора, пр мой и инверсный выходы четвертого блока сравнени  соединены соответственно со вторым пр мым , и инверсным выходами тактового генератора, а пр мой и инверсный выходы п того блока сравнени  - с третьим пр мым и инверсным выходами тактового генератора. На фиг. 1 приведена функциональна  схема цифрового вольтметра; на

фиг. 2 - временные диаграммы работы отдельных его узлов.

Вольтметр содержит блоки 1-3 сравнени , генератор k опорного пилообразного напр жени , инвертор 5, тактовый генератор 6, логический блок 7 выполненный на элементах 8-13 2-2И-ИЛИ, эталонный генератор 1, ключевые элементы 15 и 16, интегратор 17 и отсчетное устройство 18.

Тактовый генератор 6 содержит блоки 19 и 20 сравнени  и задатчмк 21 длительности цикла измерени .

Измер емое напр жение U подаетс  на первые входы блоков 1 и 3 сравнени , на вторые входы которых поступает пр мое и инвертированное пилообразное напр жение с выхода генератора k и инвертора 5. Синхронизирующий вход генератора k пилообразного напр жени  соединен с выходом задатчика 21 длительности цикла тактового генератора 6. Пр мые и инвертированные выходы блоков 1, 2, 3, 19 и 20 сравнени  соединены со входами логического блока 7, выходами подключенного к управл ющим входам ключей 15 и 16. Выход эталонного генератора k через ключи 15 и 16 св -. зан с суммирующим и вычитающим входами интегратора 17. выходом соединенного с отсчетным устрйством 18.

Цикл измерени  задаетс  тактовым генератором 6, на выходе задатчика 21 длительности цикла образуютс  импульсы запуска (фиг. 2, 22) генератора k опорного пилообразного напр жени . Пр мое опорное пилообразное напр жение Ur (фиг. 2, 23) подаетс  на входы блоков 1, 2 и 20 . сравнени , а инвертированное u| (фиг. 2. 23) - на блоков устройств сравнени  2, 3 и 19.

Измер емое периодическое напр жение DX (фиг. 2, 23) подаетс  на сигнальные входы блоков 1 и 3 сравнени  а опорное напр жение UQ (фиг. 2, 23) через первый вход тактового генератора 6 на вторые входы блоков 19 и 2 сравнени  и синхронизирующий вход за датчика 21 длительности цикла.

Опорное напр жение UQ представл ет собой переменное напр жение, частота и форма - которого соответствуют измер емому напр жению, амплитуда равна максимально предельному значению измер емого сигнала, а фаза по отношению к измер емому напр жению DX может составл ть О или Ji , На пр мых и инверсных выходах блоков 1 и 3 сравнени  образуютс  пр моугольные импульсы, когда измер емое напр жение (iyi больше или меньше пилообразного напр жени  11(1)/-).

На фиг. 2, 24 и 2,25 показаны напр жени  на пр мых выходах блоков 1 и 3 сравнени  соответственно при фазе сигнала Ux, изображенного на. фиг . 2, 23 сплошной линией. При изменении фазы сигнала (i на Л (на фиг. 2, 23 показан штриховой линией) напр жение,показанное на фиг. 2, , образуетс  на выходе блока 3 сравнени , а на-фиг. 2, 25 на выходе блока

Iсравнени .

Блок 2 сравнени  из пр мого и инвертированного пилообразного напр жени  формирует пр моугольные импульсы (фиг. 2, 26).

На выходах блоков 19 и 20 сравнени  тактового генератора 6 образуютс  пр моугольные импульсы, длительность которых равна временным интервалам , когда опорное напр жение UQ больше или меньше текущего значени  пилообразного напр жени  Ur-(Ur).

На фиг. 2, 27 и 2, 28 показаны напр жени  на выходах устройств сравнени  19 и 20, а на фиг. 2, 31, 2, 32 на выходах элементов 10 и 11 соответственно .

Пр мые и инверсные выходы блоков 1, 2, 3, 19 и 20 сравнени  подключены ко входам элементов 8, 9 Ю,

IIлогического блока 7.

В результате, при фазе сигнала U изображенного на фиг. 2, 23 сплошной линией, напр жение на выходе элемента 8 соответствуетпредставленному на фиг. 2, 29, а на выходе элемента 9 на фиг. 2, 30. При изменении фазы сигнала U на л напр жение в соответствии с фиг. 2, 29 образуетс  на выходе элемента 9, а в соответствии с фиг. 2, 30 - на выходе элемента.8.

Выходы элементов 8-11 подключены ко входам элементов 12 и 13 логического блока 7.

Claims (2)

1. При нулевом фазовом сдвиге между сигналами UQ и Ux. импульсы фиг. 2, 29 совпадут по времени с импульсами фиг. 2, 31, а импульсы фиг. 2, 30 с импульсами фиг. 2, 32 на выходе элементов 10 и 11 соответственно и на выходе элемента 12 образуетс  напр -i жение фиг. 2, 33. На выходе элемен 7 та 13 будетпри этом посто нно присутствовать нулевой уровень. При изменении фазы сигнала U на Л отмеченное выше временное совпадение импульсов будет происходить на входах элемента 13 и сигнал фиг. 2, 33 по витс  на выходе этой схемы, а на выходе элемента 12 будет посто нно присутствогаать нулевое напр жение. Таким образом, при нулевой фазе через ключ 15 происходит подключение эталонного генератора 1А к суммирующему входу интегратора 17, а при фазе - через ключ 16 - к вычитающему ВХОДУ интегратора. К концу.цикла измерени  отсчетное устройство 18 зафиксирует величину на выходе интегратора 17, пропорцио нальную среднему значению измер емого переменного напр жени , причем знак результата измерени  содержит .информацию о фазе измер емого напр  жени . Результат измерени   вл етс  преобразованием усредненных за цикл измерений мгновенных значений переменного напр жени . В устройстве в результате использовани  дл  измерени  обеих полуволн переменного напр  жени  удваиваетс  число измерений мгновенных значений входного сигнала за один цикл, что обеспечивает по вышение точности измерени , особенно при флуктуаци х амплитуды измер емого сигнала. Использование в устройстве опорного , сигнала обеспечивает повышение помехоустойчивости по сравнению с прототипом. В случае флуктуацией по фазе входного напр жени  обеспечиваетс  селективное измерение составл ющих синфазный и противофазный пр  моугольному напр жению, подаваемому ;на логический блок с тактоЕЮго ге|нератора , и подавление составл ющих с фазовым сдвигом, отличающимс  от значений О или 1Г относительно опорного сигнала U. Формула изобретени  Цифровой интегрирующий вольтметр, содержащий тактовый генератор, выполненный на датчике длительности цикла измерени , вход которого соеди нен с первым входом тактового генера тора, подключенным к шине опорного 7 напр жени , а выход - с первым выходом тактового генератора, подключенным к,входу генератора опорного пилообразного напр жени , выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени , второй вход которого соединен с шиной входного сигнала, а пр мой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами логического блока, выполненного на элементе 2-2И-ИЛИ, первые , вторые, третьи и четвертые входы которого соединены соответственно с первыми, вторыми, третьими и четвертыми входами логического блока, первый еыход которого соединен с управл ющим входом ключевого элемента, информационный вход которого соединен с выходом эталонного генератора, а выход - с первым входом интегратора , выход которого соединен с отсчетным устройством, отличаю щийс   тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерени  среднего значени  переменного напр жени  и повышени  помехоустойчивости, в него введены инвертор, второй и третий блоки сравнени , второй ключевой элемент , в тактовый генератор введены четвертые и п тые блоки сравнени , а в логический блок введены второй, третий, четвертый, п тый и шестой элементы 2-2И-ИЛИ, первый и второй . входы второго элемента 2-2И-ИЛИ соединены соответственно с п тым- и шестым входами логического блока, первый и второ.й входы третьего элемента 2-2И-ИЛИ соответственно - с седьмым и восьмым входами логического блока, а первый и второй входы четвертого элемента 2-2И-ИЛИ соответственно с дев тым и дес тым входами логического блока, третьи входы второго, третьего и четвертого элементов 2-2И-ИЛИ соединены с третьим входом логического блока, а их четвертые входы - с четвертым входом логического блока, причем выход первого элемента 2-2И-ИЛИ соединен с первыми входами п того и шестого элемента 2 2И-ИЛИ, при этом выход второго элемента 2-2И-ИЛИ соединен со вторыми входами п того и шестого элементов 2-2И-ИЛИ, выход третьего элемента 2-2И-ИЛИ - с третьим вхрдом п того и четвертым входом шестого элементов 2-2И-ИЛИ, выход четвертого элемента 2-2И-ИЛИ - с четвертым входом п того элемента 2-2И-ИЛИ, под9 ключенного к первому выходу логического блока, и третьим входом шестого элемента 2-2И-ИЛИ, выход которо го соединен со вторым выходом логического блока,подключенного к управ л кмцему входу второго ключевого элемента , информационный вход которогсС соединен с выходом эталонного генератора , а выход - со вторым входом интегратора, при этом первый вход второго блока сравнени  соединен непосредственно с выходом генератора опорного пилообразного напр жени , и входом инвертора, а второй вход с выходом инвертора и первым входом третьего блока сравнени , а пр мой и инверсный выходы второго блока сравнени  соединены соответственно с третьим и четвертым входами логического блока, п тый и шестой выхокоторого соединены соответственно ды с пр мым и инверсным выходами третьего блока сравнени , второй вход которого соединен с шиной входного напр жени  j причем вторые пр мой и инверсный выходы тактового генератора соединены с седьмым и восьмым входами логического-блока, третий пр мой и инверсный выходы тактового гене37 ратора соединены с дев тым и дес тым входами логического блока, кроме того, первые входы четвертого и п того блоков сравнени  соединены с первым входом тактового генератора, второй вход четвертого блока сравнени  - со вторым входом тактового генератора , подключенного к выходу генератора пилообразного опорного напр жени , а второй вход п того блока сравнени  - к третьему входу тактового генератора, подключенного-к выходу инвертора, пр мой и инверсный выходы четвертого блока сравнени  соединенысоответственно со вторыми пр мым и инверсным выходами тактового генератора, .а пр мой и инверсной выходы п того блока сравнени  - с третьими пр мым и инверсным выходами тактового генератора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Цифровые электроизмерительные приборы. Под ред. В.Н. Шл ндина. М., Энерги , 1972, с. 176-178..
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 235201, кл. G 01 R 19/25, 19б7 (прототип). ГЛ ., ,. -1 , I