цифровой вольтметр с самокоррекцией
Классы МПК: | G01R19/25 с использованием цифровой измерительной техники |
Автор(ы): | Геурков В.Л., Корноушенко Е.К., Курчавов В.И. |
Патентообладатель(и): | Институт проблем управления РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-01-18 публикация патента:
15.08.1994 |
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и коррекции погрешностей измерительных преобразователей, каналов измерительных систем, аналого-цифровых преобразователей и измерительных приборов. Сущность изобретения: цифровой вольтметр с самокоррекцией содержит последовательно соединенные блок приращений 1, блок выбора диапазона измерения 2, аналого-цифровой преобразователь 3 и блок управления и вычисления 4, причем блок приращений 1 состоит из источника образцового напряжения, двух двухпозиционных переключателей, резистора, двух управляемых резисторов, инвертирующего усилителя, ключа. 7 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7
Формула изобретения
ЦИФРОВОЙ ВОЛЬТМЕТР С САМОКОРРЕКЦИЕЙ, содержащий последовательно соединенные блок выбора диапазона измерения, аналого-цифровой преобразователь и блок управления и вычисления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами блока выбора диапазона измерения и аналого-цифрового преобразователя, первую и вторую входные клеммы для подключения измеряемого сопротивления, третью входную клемму для подключения измеряемого напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля и повышения быстродействия, введен блок приращений, входы которого подключены соответственно к трем входным клеммам, выход соединен с входом блока выбора диапазона измерения, управляющие входы соединены с управляющими выходами блока управления и вычисления, причем блок приращений содержит источник образцового напряжения, два двухпозиционных переключателя, резистор, два управляемых резистора, инвертирующий усилитель и ключ, управляющие входы двухпозиционных переключателей, управляемых резисторов и ключа соединены с управляющими входами блока, выход инвертирующего усилителя соединен с выходом блока и через ключ, и второй управляемый резистор соединен с входом инвертирующего усилителя, который через резистор соединен с выходом второго двухпозиционного переключателя, а через первый управляемый резистор с выходом первого двухпозиционного переключателя, первый сигнальный вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения, второй сигнальный вход соединен с вторым сигнальным входом второго двухпозиционного переключателя и с общей шиной, первый сигнальный вход которого соединен с третьим входом блока, а сигнальный вход и выход ключа соединен соответственно с первым и вторым входами блока.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и коррекции погрешностей измерительных преобразователей, каналов измерительных систем, аналого-цифровых преобразователей и измерительных приборов. Известен быстродействующий цифровой вольтметр с самоконтролем [1], содержащий генератор линейно падающего напряжения, связанный с ним компаратор нуля, генератор стабильной частоты, соединенный с ним первый электронный ключ, управляемый выходным сигналом компаратора, второй электронный ключ, связанный с ним блок индикации, с которым соединен блок самоконтроля, и блок формирования запускающего импульса, соединенный с компаратором нуля и вторым электронным ключом. По приходу на вход блока самоконтроля командного импульса этот вольтметр переводится в режим самоконтроля, предусматривающий подачу на его вход калибровочного напряжения и сравнение в блоке самоконтроля соответствующего выходного кода с полем допуска. Если выходной код не превышает поле допуска, то на лицевой панели вольтметра загорается лампочка. В противном случае, лампочка вспыхивает и гаснет. К недостатку этого вольтметра следует отнести отсутствие возможности коррекции результата измерения по результату контроля. Этот недостаток устранен в вольтметре с самокоррекцией [2], который является наиболее близким к предлагаемому техническим решением. Этот вольтметр содержит блок преобразования сопротивления в напряжение, блок выбора диапазона измерения, блок аналого-цифрового преобразо- вания и блок управления и вычислителя, реализованный на микроЭВМ, причем первый и второй входы блока преобразования сопротивления в напряжение, предназначенные для подключения измеряемого сопротивления, являются первым и вторым входами вольтметра, вход блока выбора диапазона измерения соединен с выходом блока преобразования сопротивления в напряжение и является третьим входом вольтметра, выход блока выбора режима измерения соединен со входом блока аналого-цифрового преобразования, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока управления и вычисления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами блока преобразования сопротивления в напряжение, блока выбора режима измерения и блока аналого-цифрового преобразования. Недостатками этого известного устройства являются большое время коррекции результата измерения, связанное с наличием трех тактов измерения, занимающих основную часть этого времени и снижающих быстродействие, и низкая достоверность контроля, связанная с тем, что результат измерения неизвестной величины непосредственного участия в операциях контроля не принимает. Целью предлагаемого изобретения является увеличение быстродействия и повышение достоверности контроля вольтметра. Поставленная цель достигается тем, что в микропроцессорный вольтметр с самокоррекцией, содержащий блок выбора диапазона измерения, блок аналого-цифрового преобразования, вход которого связан с выходом блока выбора диапазона измерения, и блок управления и вычисления, информационные входы которого соединены с информационными выходами аналого-цифрового преобразования, а управляющие выходы - с управляющими входами блока выбора диапазона измерения и блока аналого-цифрового преобразования, введен блок приращений, управляющие входы которого соединены с управляющими выходами блока управления и вычисления, выход - со входом блока выбора диапазона измерения, первый и второй сигнальные входы, предназначенные для подключения измеряемого сопротивления, являются первым и вторым входами вольтметра, а третий сигнальный вход, предназначенный для подключения измеряемого напряжения, - третьим входом вольтметра. Существенными отличительными признаками в указанной выше совокупности являются наличие блока приращений, включенного в схему устройства соответствующим образом, оговоренным выше. Указанные признаки, отличающие предлагаемое устройство от прототипа, сами по себе известны, однако их наличие в предлагаемом устройстве обеспечивает появление в нем нового свойства, заключающегося в непосредственном участии в операциях контроля результата измерения неизвестной величины и в применении алгоритма коррекции, использующего результаты всего двух тактов измерения. Поскольку указанное свойство не проявляется ни в одном из известных авторам объектов, содержащих признаки, сходные с отличительными признаками предлагаемого устройства, авторы считают предлага-емое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". На фиг.1 показана блок-схема микропроцессорного вольтметра с самокоррекцией; на фиг.2 - пример реализации блока приращений; на фиг.3 - графические построения, необходимые дл оценки достоверности контроля; на фиг.4-7 - алгоритм работы устройства. Вольтметр с самокоррекцией содержит (фиг.1) блок приращений 1, блок выбора диапазона измерения 2, блок аналого-цифрового преобразования 3 и блок управления и вычисления 4, причем первый и второй входы блока приращений 1, предназначенные для подключения измеряемого сопротивления, являются первым и вторым входами вольтметра, третий вход которого предназначен для подключения измеряемого напряжения и является третьим входом блока приращений 1, выход которого соединен со входом блока аналого-цифрового преобразования 3, информационные выходы которого соединены с информационными входами блока управления и вычисления 4, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами блока приращений 1, блока выбора диапазона измерения 2 и блока аналого-цифрового преобразования 3. Блок приращений 1 содержит (фиг.2) источник образцового напряжения 5, двухпозиционные переключатели 6 и 7, резисторы 8, управляемые резисторы 9 и 10, инвертирующий усилитель 11 и ключ 12, причем управляющие входы двухпозиционных переключателей 6 и 7, управляемых резисторов 9 и 10, и ключа 12 являются управляющими входами блока приращений 1, вход инвертирующего усилителя 11 через управляемый резистор 10 и ключ 12 соединен с выходом инвертирующего усилителя 11, через резистор 8 - с выходом двухпозиционного переключателя 7, а через управляемый резистор 9 - с выходом двухпозиционного переключателя 6, первый сигнальный вход которого соединен с выходом источника образцового напряжения 5, а второй сигнальный вход - через "земляную" шину - со вторым сигнальным входом двухпозиционного переключателя 7, первый сигнальный вход которого является третьим сигнальным входом блока приращений 1, первым и вторым сигнальными входами которого являются сигнальный вход и выход ключа 12, а выходом - выход инвертирующего усилителя 11. Блок приращений 1 может работать в двух режимах преобразования напряжения и преобразования сопротивления. В режиме преобразования напряжения блок приращений 1 работает следующим образом. Сигналы на управляющих входах ключа 12 и двухпозиционного переключателя 7 устанавливаются таким образом, что ключ 12 замкнут, а на выход двухпозиционного переключателя 7 поступает напряжение Uх(измеряемое) с его первого сигнального входа. В зависимости от значения сигнала на управляющем входе двухпозиционного переключателя 6 на его выходе присутствует либо напряжение Uо с выхода источника образцового напряжения 5, либо напряжение "земли". Таким образом, на выходе блока приращений 1 будут присутствовать напряжения соответственно (R2/Ro)Ux + (R2/R1)Uo и (R2/Ro)Ux, где Rо - численное значение сопротивления 8; R1 и R2 - соответственно текущие численные значения управляемых резисторов 9 и 10, опреде- ляемые состоянием их управляющих входов. В режиме преобразования сопротивления блок приращений 1 работает следующим образом. Сигналы на управляющих входах ключа 12 и двухпозиционного переключателя 7 устанавливаются таким образом, что ключ 12 разомкнут, а на выход двухпозиционного переключателя 7 поступает напряжение "земли". Сигнал на управляющем входе двухпозиционного переключателя 6 устанавливается таким образом, что на его выходе присутствует напряжение Uo(Rx+R2)/R1= (Uo/R1)Rx + (Uo/R1)R2, где Rх - измеряемое сопротивление. В режиме измерения напряжения устройство работает следующим образом. Блок приращений 1 настраивается на режим преобразования напряжения, а значения сигналов на его управляющих входах таковы, что R2 = Ro, и на его выходе присутствует напряжение (R2/Ro)Ux = Ux. Это напряжение через блок выбора диапазона измерения 2 поступает на вход блока аналого-цифрового преобразования 3 и преобразуется в нем в цифровой код, который через информационные выходы блока аналого-цифрового преобразования 3 поступает на информационные входы блока управления и вычисления 4, обрабатывается в нем и выдается на его собственные средства отображения. Результат измерения yи, выдаваемый на средства отображения, и величина Uх связаны соотношениемy1u = a1u Ux + a2u, где а1u, а2u - истинные (реальные) параметры устройства, характеризующие его функционирование при измерении Uх. Обозначим через




































































(1) Обозначим




































































pи=








(Dи)


ycorи=[y1и+



(4) где ycorи - скорректированный результат. Действительно, раскроем (4), учитывая, что для исправного устройства a1и


Yиcor=aи1Ux+







В противном случае на средства отображения выдается сообщение о неисправности устройства в режиме измерения напряжения. В режиме измерения сопротивления устройство работает следующим образом. Блок приращений 1 настраивается на режим преобразования сопротивления, а значения сигналов на его управляющих входах таковы, что R2 = 0, R1 = Uo и на его выходе присутствует напряжение (Uo/R1)Rx = Rx. Результат измерения yи этого напряжения, выдаваемый на средства отображения, и величина Rх связаны соотношением y1r = a1r Rx + a2r, где a1r, a2r - истинные (реальные) параметры устройства, характеризующие его функционирование при измерении Rx. Обозначим, аналогично, через







































ycorr= [y1r+



Класс G01R19/25 с использованием цифровой измерительной техники