Устройство для измерения отношения двух напряжений

 

Изобретение может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и измерительных приборах. Цель изобретения - повьшение точности измерения. Устройство содержит нуль-органы 1-4, источники 5-7 опорного напряжения, резисторы 8 и 12, управляемые коммутаторы 9 и 13, конденсатор 11, входные шины 14 и 15, шину 16 Пуск, одновибратор 17, триггеры 18, 19, 24 и 27, элементы 20-23 и 25 И, двоичный реверсивный счетчик 26, элемент 28 ИЛИ, генератор 30, инвертор 31, выходы 10 и 29 устройства. Введение в устройство триггеров 19, 24 и 27, пяти элементов И, инвертора, одновибратора, генератора импульсов, двоичного реверсивного счетчика и образование новых связей между элементами устройства позволило расширить динамический диапазон выходного напряжения, которое на протяжении измерения входного отношения от минимального до максимального изменяется от минимума до максимума 2 раза. 2 ил. Q S сл &9 N:) 00

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дц 4 G 01 R 19/10 19/25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/;

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь/ з м

Фiг фи (21) 3808464/24-21 (22) 05.11.84 (46) 23.04.86. Бюл. № 15 (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского ком сомола (72) В.Л,Котляров и И.П.Паралюх (53) 621.317.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 983562, кл. С 01 8. 19/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1149170, кл. G 01 R 19/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ ДВУХ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение может быть использовано в аналоговых вычислительных машинах и измерительных приборах.

Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит нуль-органы 1-4, источники 5-7 опори,7 8

„„SU„„122 323 А ного напряжения, резисторы 8 и 12, управляемые коммутаторы 9 и 13, конденсатор 11, входные шины 14 и 15, шину 16 "Пуск", одновибратор 17, триггеры 18, 19, 24 и 27, элементы

20-23 и 25 И, двоичный реверсивный счетчик 26, элемент 28 ИЛИ, генератор 30, инвертор 31 выходы 10 и 29 устройства. Введение в устройство триггеров 19, 24 и 27, пяти элементов И, инвертора, одновибратора, генератора импульсов, двоичного реверсивного счетчика и образование новых связей между элементами устройства позволило расширить динамический диапазон выходного напряжения, которое на протяжении измерения входного отношения от минимального до максимального изменяется от минимума до максимума 2 раза. 2 ил.

12263? 3

l0

Д 0

6 I

Изобретение относи i ся к электроизмерениям и может быть использовано в а налоговых вычислительных машинах и измерительных приборах.

Цель изобретения — повышение точ— ности измерения.

На фиг.l представлена блок-схема устройства для измерения отношения двух напряжений; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения отношения двух напряжений содержит нуль-орган 1-4, три источника 5-7 опорного напряжения, причем источник 5 подключен к первому входу первого нуль-органа 1, источник б — к первому входу четвертого нуль-органа 4, источник 7 через последовательно соединенные первый резистор 8 и первый управляе мый коммутатор 9 — к выходу 1О устройства, к вторым входам всех нульорганов 1-4, и через конденсатор 11, зашунтированный последовательно соединенными вторым резистором 12 и вто.рым управляемым коммутатором 13, к общей шине, первые входы нуль-органов 2 и 3 соединены с первой 14 и второй 15 входными шинами соответственно, а шина 16 t Ïóñê", через одновибратор 17 подключена к R --входу триггера 18 и 5 -входу триггера 19, прямой выход которого соединен с первыми входами первых четырех элементов И 20-23 и с D -входом третьего триггера 24, 9 -вход которого соединен с выходом нуль-органа 1, R -вход с выходом нуль-органа 4, инверсный выход — с вторым входом элемента И

20, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 9, а прямой выход — с управляющим входом коммутатора 13, вторыми входами элементов

И 21 — 23, 25 и с тактовым входом триггера 19, инверсный выход которого соединен с первым входом пятого элемента И 25, а D-âõoö с тактовым входом триггера 24 и выходом двоичного реверсивного счетчика 26, тактовые суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами элементов И 22 и 25 соответственно, а вход "Сброс" соединен с R-входом и инверсным выходом четвертого триггера 27, D-вход которого соединен с выходом элемента И 23, а тактовый вход с выходом нуль-органа 3, первым входом элемента ИЛИ 28 и третьим входом элемента И 21, выход котор ого соединен с D-входом триггера 18, прямой мой выход которого является вторым выходом 29 устройства, а инверсный выход соединен с третьим входом элемента И 22, четвертый вход которого соединен с третьим входом элемента

И 25 и выходом генератора 30, а пятый вход — с выходом элемента ИЛИ 28, второй вход которого соединен с третьим входом элемента И 23 и с выходом инвертора 31, вход которого соединен с выходом нуль-органа 2 и тактовым входом триггера 18, Нуль-органы представляют собой операционные усилители и включены так, что на их выходе присутствует логический нО, если напряжение на втором входе выше, чем на первом, для первых трех нуль-органов, и ниже, чем на первом, для четвертогс нуль-органа. Реверсивный двоичный счетчик, логическая "1" на выходе которого указывает на нулевое значение счетчика, — любой двоичный счетчик, на выходе которого установлена схема определения нуля.

Устройство работает следующим образом, В исходном состоянии после вклю— чения питания триггера 19 и 24 и счетчик 26 сбрасывают в ноль (цепь сброса не показана). При этом оба управляемых коммутатора разомкнуты и конденсатор 11 находится в режиме хранения.

При подаче сигнала по шине 16

"Пуск" одновибратор 17 в момент

f (фиг.2) вырабатывает короткий отрицательный импульс, ко тарый ус танавлива. ет триггер 19 в единицу (фиг.22), а триггер 18 в ноль (фиг.2 u,î). Логическая "1" с выхода элемента И 20 замыкает первый управляемый коммутатор 9, и конденсатор 11 начинает заряжаться, стремясь к напряжению U источника 7 опорного напряжения (фиг,2ц). В момент времени t,,когда напряжение на конденсаторе 11 достигает уровня напряжения Б с П ис01 О точника 5 опорного напряжения, срабатывает нуль-орган 1 (фиг.2в), ноль с выхода которого По 8-входу устанавливает триггер 24 в единицу, замыкая управляемый коммутатор 13 и размыкая управляемый коммутатор 9.

В результате напряжение на конденсал

Uos

lп цо (2) Т

Аналогично л ц4 с ln

2 (3) Т

j 12 торе 11 начинает экспоненциально па- дать 1

U = U e (1) где — постоянная времени цепи разряда конденсатора 11; — время.

Положительный фронт на прямом выходе триггера 24 подтверждает единичное состояние триггера 19, на

D-входе, которого присутствует логическая "1" с выхода счетчика 26, указывающая на то, что содержимое счетчика N=O.

Через открытый элемент И 22 с генератора 30 на суммирующий вход двоичного счетчика 26 поступают импуль— сы, осуществляя отсчет времени (фиг.2q,k).

Рассмотрим случай, когда U >

Когда напряжение ц на конденсаторе сравнится с U< в момент времени з срабатывает нуль — орган 2 (фиг;2о), подтверждает нулевое состояние триггера 18, а через инвертор 31 и элемент ИЛИ 28 закрывает элемент И 22 и запрещает процесс счета счетчиком 26, в котором находится код, пропорциональный интервалу времени

t --t . В момент времени, когда напряжение на конденсаторе 11 падает до значения ц, срабатывает нульорган 3 (фиг.2>t) и через элемент

ИЛИ 28 открывает элемент И 22. Процесс счета продолжается. В момент времени когда напряжение на кон5 денсаторе падает до значения напряжения U источника 6 опорного напряжения, срабатывает нуль-орган 4 (фиг.28), который устанавливает триггер 24 в нулевое состояние (фиг.2 !), в результате чего коммутатор 13 размыкается, а коммутатор 9 замыкается и опять запирается элемент И 22.

Поэтому конденсатор начинает заряжаться (фиг.2 a), а счетчик хранит код, пропорциональный времени Т -Т, — (сg tq) + (tg 1 ), Подставив в Вы ражейие (1) U =U > и =Т2, получают

U =U е, откуда — — =е, а слещ о цв довательно, 26323

Во время заряда конденсатора срабатывания нуль-органов на работу схемы не влияют.

В момент времени t когда напря6 жение на конденсаторе 11 повторно до— стигает значения, равного Uo,, срабатывает нуль-орган 1 (фиг.25) и устанавливает триггер 24 в единицу (фиг.2 ), а по фронту сигнала триг10 гера 24 триггер 19 перебрасывается в нулевое состояние (фиг.2 g ), так как на его D-входе присутствует логический "0" с выхода счетчика 26, указыва. ющий, что в счетчике код N отличен от нуля. При этом открывается элемент

И 25 и импульсы с генератора 30 поступают на вычитающий тактовый вход счетчика 26, коммутатор 9 размыкается, а коммутатор 13 замыкается и конденсатор 11 опять начинает разряжаться по закону (1) . Срабатывание нульорганов на работу схемы не влияет.

Через время Т вЂ” Т„ в момент t содержимое счетчика 26 уменьшается до

25 нуля (Фиг.2 ) и на его выходе возникает логическая "1", что приводит к установке триггера 24 в нулевое состояние (фиг.2 ). При этом размыкается коммутатор 13 и конденсатор 11 хранит значение выходного напряжения

Uebf„ . Для определения Ue,,l производят следующие операции.

Подставляют в выражение (1) значения ц и t из выражений (2) ti (3) .

Ui — Т Т вЂ” с1п . (,lп ц а А

0 — -". 4— 0

Ug

-(л ш1>< Ui хе (4)

U„, U >г U

Ц = К вы ц

Как видно из выражения (4), при отношении, равном единице, при U =

=U выходное напряжение U

Вып а Т, при этом стремится к йулю

Т вЂ” ҄— Т, счетчик достигает нуля

50 лишь в момент равенства ц =U

tibia ог

Максимально возможное отношение больше единицы при условии, что

= Uot а Ц = Цо . При этом Ц„,„=

Uot

55 0s ц 0 г 2

Ц ---- = U - Т - Т Т вЂ” Т - 0

О

И О, С, ц ы ц.„.

Следовательно,при U„ Ъ U, на что указывает логический "0" на дополни5 !22 тельном выходе 29 устройства (фиг.2ы) минимальному значению отношения напряжений, т.е. единице, соответствует минимальное выходное напряжение, равное U, а максимально возможному измеряемому отношению, т.е.

14 соответствует максимальное

Пог выходное напряжение, равное U

Рассмотрим случай когда U U

В момент времени е, когда U = U, срабатывает нуль-орган 3 (фиг.2т) и устанавливает в единичное состояние триггер 27, на инверсном выходе которого возникает нуль, сбрасывающий счетчик 26 (фиг.2к) в нуль и триггер 27, после чего счетчик 26 продолжает считать, начиная с нуля.

В момент времени t, когда У = U„, срабатывает нуль-орган 2 и устанавливает в единицу триггер 18 (фиг.2o) ! запирая элемент И 22. Счетчик переходит в режим хранения кода N, пропорционального времени Т„=t4 -t . С учетом выражений (2) и (3) и U„ Uz

6323 ваться

5 о

l0 !

20

"ог т. е. -- —, соответствует минимальное (1о выходное напряжение, равное П

Следующий цикл измерения начинает ся после подачи сигнала на шину 16

»т 1»

Пуск и протекает аналогично .

Таким образом, предлагаемое устройство для измерения отношения двух напряжений обладает повышенной точностью измерения за счет расширения динамического диапазона выходного напряжения, которое на протяжении изме— рения входного отношения от минимального до максимального изменяется от минимума до максимума два раза (в отличие от известного, где такое изменение происходит один раз). При этом на дополнительном выходе уровень напряжения указывает íà U ) U или

Б (У.,, т.е. отношение больше или меньше единицы,, а следовательно, указывает какой шкалой отсчета пользоФ о р м у л а и з о 6 р е т е н и я л U2

» 1п

U» о»

U = К еык г

При U =U2, ко гда о тношенгле ра вно единице, U»>»»„ =U, и максимально.

Минимально возможное отношение будет при условии Бл = U»>, U> = U .

При этом U = U ---- = U, Ugг вь!х о» U ог

Следовательно, при U»1 Цг, на что указывает логическая "1 " на дополнительном выходе 29 устройства (фиг.2 а ), максимальному значению отношения напряжений, т.е. единице, соответствует максимальное выходное напряжение, равное Бо,, а минимально возможному измеряемому отношению, В остальном схема работает аналогично варианту, когда Б» ) U г. В момомент времени t7, когда содержимое счетчика 26 уменьшается до нуля (фиг.2 ), на выходе фиксируется напряжение, пропорциональное отношению входных напряжений. Подставим выражение (5) в выражение (1)

"е. "

- е.— „

Ог

U=Ve =Ve

b»>l X о»

Б» (6) о» 11

Устро.лство для измерения отношения двух напряжений, содержащее четыре нуль †орга, три источника опорного напряжения, первый из которых подключен к первому входу первого нуль-органа, второй — к первому входу четвертого нуль-органа, третий — через последсвательно соединенные первый резистор и первый управляемый коммутатор подключен к выходу устройства, к вторым входам всех четырех нуль-органов и через конденсатор, зашунтированный последовательно соединенными вторым резистором и вторым управляемым коммутатором, к общей шине, первые входы второго и третьего нуль-органов соединены с первой и второй входными шинами соответственно, а K ;å шину "Пуск элемент ИЛИ и первый триггер, тактовый вход которого соединен с выходом второго нульоргана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения точности измерения»в него дополнительно введены три D-триггера, пять элементов И, инвертор, одновибратор, генератор импульсов, двоичный реверсивный счетчик, причем шина "Пуск" через одновибратор соединена с К-входом первого триггера и g-входом второго триг— гера, прямой выход которого соединен с первыми входами первых четырех эле1226323

Up

Иэ1 и, и а ию и и г и

1 р и

<и ди ии

Ю

U н ни

U ц

Составитель С. Кабиков

Техред Л.Олейник Корректор С.Черни

Редактор О.Головач

Заказ 2125/42 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное ная 4, Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, ментов И и с 0-входом третьего триггера, S-вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, R-вход с выходом четвертого нуль-органа, инверсный выход — с вторым входом пе рвого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, а прямой выход с управляющим входом второго коммутатора, вторыми входами второго, третьего, четвертого и пятого элементов И и с тактовым входом второго тригге— ра, инверсный выход которого соединен с первым входом пятого элемента

И, а D-вход — с тактовым входом третьего триггера и выходом двоичного реверсивного счетчика, тактовые

1 суммирующий и вычитающий входы которого соединены с выходами третьего и пятого элементов И соответственно, а вход "Сброс" соединен с К-входом и выходом четвертого триггера, Dвход которого соединен с выходом четвертого элемента И, а тактовый вход—

5 с выходом третьего нуль-органа, первым входом элемента ИЛИ и третьим входом второго элемента И, выход которого соединен с D-входом первого триггера, прямой выход которого является вторым выходом устройства, а инверсный выход соединен с третьим входом третьего элемента И, четвертый вход которого соединен с третьим входом пятого элемента И и выходом генератора, а пятый вход — с выходом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим входом чет— вертого элемента И и с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом второго нуль-органа.