Цифровой измеритель уровня

 

О П И С А Н И Е 36I527

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. Н 04Ь 3/46

Заявлено 22,VI.1970 (№ 1451017/26-9) с присоединением заявки №

Приоритет

Комитат по делам изобретеииб и открытий при Совете Иииистров

СССР

Опубликовано 07.Xll.1972. Бюллетень № 1 за 1973

Дата опубликования описания 2.П.1973

УДК 621.317.32 (088.8) Авторы изобретения

Г. Ф. Руденко, Г. П. Черный, В. Г. Бондаренко, О. П. Горбатюк и И. П. Шепель

Заявитель

ЦИФРОВОЯ ИЗМЕРИТЕЛЬ УРОВНЯ

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительной технике и, в частности, в технике проводной связи для измерения уровня переменного сигнала.

Известно устройство подобного типа, содержащее управляемый усилитель, детектор, управляющий мультивибратор, измерительный логарифмический преобразователь напряжения во временный интервал и узел выбора чувствительности со счетчиком диапазонов.

Недостатком известного устройства является то, что логарифмический преобразователь при изменении условий окружающей среды вносит погрешность в результат измерения изза нестабильности порога срабатывания схемы сравнения. Кроме того, узел выбора чувствительности, содержащий нереверсивный счетчик диапазонов, имеет сравнительно больизгое время выбора диапазона уровней.

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения, вносимой измерительным логарифмическим измерителем, и сокращение времени выбора диапазона уровней измеряемого сигнала.

Цель достигается тем, что выход управляющего мультивибра1ора соединен одновременно со входом измерительного логарифмического преобразователя и со входами введенных первого и второго опорных логарифмических преобразователей, выходы трех логарифмических преобразователей подключены к соответствукщим входам узла вычитания временных интервалов. Кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, к импульсному и потенциальному входам которого подключен через время-цифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов. Выходы коммутатора сигналов переключения подключены к соответсгвующим входам узла выбора чувствительности, управляющий выход последнего одновременно подключен к входам узла вычитания временных интервалов и коммута15 тора сигналов переключения, к запретным входам которого подключены соответствующие выходы узла выбора чувствительности.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного цифрового измерителя

20 уровня.

Измеряемый сигнал подается tta вход измерителя уровня, усиливается усилителем 1, выпрямляется детектором 2 и поступает на вход измерительного логарифмического преобразо25 вателя 8, управлясмого мультивибратором 4.

Этим же мультивибратором управляются опорные логарифмические преобразователи 5 и 6.

На измерительный вход первого опорного логарифмического преобразователя 5 подается

30 опорное напряжение Ue„„,, соответствующее

361527

65 нижней границе диапазона уровней, а на измерительный вход второго опорного преобразователя б — опорное напряжение Up, cooTветствующее верхней границе диапазона. Измерительным 8 и опорными 5, б логарифмическими преобразователями соответственно формируются выходные импульсы длительностью тих, т1 у тг. Разность т2 — т1 выбирается эквивалентной диапазону уровней.

Выходные импульсы преобразователей поступают на соответствующие входы устройства вычитания временных интервалов 7, в котором формируется импульс длительностью т+х ——

=ти — ть являющийся временным эквивалентом измеряемого сигнала положительного уровня, и импульс длительностью т =т2 — тх, являющийся временным эквивалентом измеряемого сигнала отрицательного уровня.

На первый вход первой схемы «И» 8 подается импульс ти, на второй вход — импульс ть инвертированный схемой «НЕ» 9. На первый вход второй схемы «И» 10 подается инвертированный схемой «НЕ» ll импульс т,х, а на второй ее вход — импульс т2.

Если погенциал сигнала знака, поступающего на третий вход первой схемы «И» 8 непосредственно, а на третий вход второй схемы «И» 10 через схему «НЕ» 12, соответствует положительному уровню измеряемого сигнала, го с выхода первой схемы «И» 8 импульс т+ через схему «ИЛИ» 18 поступает на вход время-цифрового преобразователя 14.

Если же потенциал сигнала знака соответствует отрицательному уровню измеряемого сигнала, то на вход время-цифрового преобразователя 14 с выхода второй схемы «И» 10 через ту же сехму «ИЛИ» 18 поступает импульс т

Сочетание измерительного и двух опорных логарифмических преобразователей с устройством вычитания временных интервалов позволяет уменьшить погрешность преобразования напряжения во временный интервал.

Так как все логарифмические преобразователи выполнены по одной схеме, то погрешности 6, вносимые этими преобразователями, можно считать равными.

Поэтому +х — (их + Х) — (i + Х) — их — „(1) -х = (, + ) — (их + ) = * — их (2) Из этих выражений видно, что погрешности, вносимые логарифмическими преобразователями, взаимно компенсируются.

Во время-цифровом преобразователе импульсы тх, под которыми следует понимать имчульсы т+ или т „, преобразуются в цифровой эквивалент.

B зависимости от уровня входного измеряемого сигнала могут иметь место три случая:

0(тх((т2 — т1); при выбранном диапазоне уровней т)(г — т1); при невыбраном диапат=О f зоне уровней

Во втором случае счетчик импульсов времяцифрового преобразователя переполняется, и с выхода триггера переполнения поступает сигнал переполнения на первые входы первой и второй схем «И» 15 и lб. На второй вход первой схемы «И» lб поступает сигнал знака, на третий — разрешающий сигнал с N-го дешифраторного выхода узла выбора чувствительности 17. На второй вход схемы «И» lб поступает инвертированный схемой «НЕ» 18 сигнал знака, а на третий — разрешающий сигнал с

М-го дешифратооного выхода узла 17.

В третьем случае на вход время-цифрового преобразователя 14 импульс т не поступает, а значит, его счетчик импульсов будет находиться в нулевом сосгоянии, о чем свидетельствует потенциальный сигнал незаполнения дешифратора нулевого состояния, поступающий с его выхода на первые входы третьей и четвертой схем «И» 19 и 20. На второй вход третьей схемы «И» 19 поступает сигнал знака через схему «НГ> 18, а на второй вход четвертой схемы «И» 20 — непосредственно. На третьи входы этих схем поступает через схему

«НЕ» 21 зондирующий сигнал.

Как сигналы переполнения (входы первой и второй схем «И»), так и сигналы незаполнения (входы третьей и четвертой схем «И»), которые можно назвать сигналами переключения, в зависимости от потенциала сигнала знака поступают через первую или вторую схему

«ИЛИ» 22, 23 на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика диапазонов узла выбора чувствительности, Под действием сигналов переключений, поступак>щих на суммирующий вход счетчика, диапазоны уровней переключаются в направлении уменьшения чувствительности усилителя 1, а под действием сигналов, поступающих на вычитающий вход того же счетчика, диапазоны уровней переключаются в направлении увеличения чувствительности.

Диапазоны переключаются до тех пор, пока не будет выбран соответствующий диапазон, при котором отсутствуют сигналы с обоих выходов коммутатора сигналов переключений 24.

Если величина уровня измеряемого сигнала (уровень сигнала слишком мал или велик) выходит за пределы измерения прибора, то необходимо прекратить поступление сигналов переключения на вхсд счетчика диапазонов, зафиксировав таким образом состояние счетчика, соответствующее максимальной или минимальной чуBcTBHTE ëüíîãо усилителя, Для этой цели служат сигналы, поступающие с N-го и

М-ro дешифраторных выходов на третьи входы первой и второй схемы «И».

Применение реверсивного счетчика диапазонов вместо нереверсивного сокращает время выбора диапазона уровней, Пусть имеется N положительных и М отрицательных диапазонов уровней. Допустим, что выбран (М вЂ” 1)-ый диапазон, Затем измеряемый сигнал изменяется на такую величину, при которой должен

361527 быть выбран М-й диапазон, т. е. чувствительность усилителя должна быть увеличена.

Так как ревероивный счетчик имеет два направления счета, то в данном случае счетчик будет работать в режиме вычитания и при этом сделает только один шаг. Если же применен нереверсивный счетчик диапазонов, то возможен случай (один из худших), когда для выбора того же М-го диапазона счетчик сделает (M — 1) +N шагов.

Поскольку нереверсивчый счетчик должен сделать М вЂ”:М шагов, то время выбора диапазона увеличиваегся, Предмет изобретения

1. Цифровой измеритель уровня, содержащий управляемый усилитель, детектор, управляющий мультивибратор, измерительный логарифмический преобразователь напряжения во временной интервал, время-цифровой преобразователь со счетчиком импульсов, узел выбора чувствительнссти со счетчиком диапазонов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения и сокращения времени выбора диапазона уровней измеряемого сигнала, выход управляющего мультивибратора соединен одновременно со входом измерительного логарифмического преобразователя и со входами введенных первого и второго опорных логарифмических преобразователей, выходы трех логарифмических преобразователей подключены к соответствующим входам узла B61читгния временных интервалов, кроме того, выход второго опорного логарифмического преобразователя соединен с зондирующим входом коммутатора сигналов переключения, к импульсному и потенциальному входам которого подключен через время-цифровой преобразователь выход узла вычитания временных интервалов, а выходы коммутатора сигналов переключения подключены к соответствующим входам узла выбора чувствительности, управляющий выход последнего одновременно подключен к входам узла вычитания временных интервалов и коммутатора сигналов переключения, к запретным входам которого подключены соответствующие выходы узла выбора чувствительности.

2. Измеритель уровня по п. 1, отличающийся тем, что выход измерительного логарифмического преобразователя подключен к одному из входов первой схемы «И» и через первую схему «НЕ» к одному из входов второй схемы

«И», выход первого опорного логарифмического преобразователя через вторую схему «НЕ» подключен к второму входу первой схемы «И», а выход второго опорного логарифмического преобразователя годключен к второму входу второй схемы «И», выходы же схем «И» через

«ИЛИ» подключеьы к время-цифровому преобразователю, причем к третьему входу первой схемы «И» непосредственно, а к третьему входу второй схемы «И» через третью схему

«НЕ» подключен управляющий выход узла выбора чувствительности.

3. Измеритель уровня по п. 1, отличающийся. тем, что один из выходов время-цифрового преобразователя подключен к первым входам первой и второй схем «И», другой выход время-цифрового преобразователя подключен к первым входам третьей и четвертой схем «И», управляющий выход узла выбора чувствительности подключен непосредственно ко вторым входам первой и четвертой схем «И», а через первую схему «НЕ» узел выбора чувствительности подключен ко вторым входам третьей и второй схем «И», причем выход второго опорного логарифмического преобразователя подключен через вторую схему «НЕ» к третьим входам третьей и четвертой схем «И», а к третьим входам гервой и второй схем «И» подключены соответствующие запретные вы4о ходы узла выбора чувствительности, выходы первой и третьей, второй и четвертой схем

«И» попарно подключены через схемы «ИЛИ» к соответствующим входам узла выбора чувствительности.

361527

Редактор Т, Орловская

Заказ 65/14 Изд. Мз 24 Тираж 404 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Н, Герасимова

Техред А. Камышникова

Корректоры: Е. Миронова и Е. Сапунова