Цифровий вольтметр на основі вибірок миттєвих значень

Реферат: UA 102610 U UA 102610 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі електровимірювальної техніки і може бути використана при точних вимірюваннях змінної напруги довільної форми. Відомий універсальний вольтметр В7-27, що містить перетворювач імпедансу, атенюатор, широкополосний підсилювач, двоперіодний детектор, два фільтра нижніх частот, аналогоцифровий перетворювач (АЦП). Його недоліком є недостатня точність, викликана похибкою нелінійності перетворювача середньоквадратичної напруги [1]. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі за технічною суттю є мультиметр фірми "HP" моделі 3458А, в режимі вимірювання змінної напруги, що містить підсилювач змінної напруги, АЦП, контролер та цифровий відліковий пристрій. Недоліком відомого вольтметра є наявність адитивних і мультиплікативних складових похибок, де мультиплікативна похибка обумовлена дією підсилювача [2]. В основу корисної моделі поставлено задачу зменшення похибки вимірювання, за рахунок зменшення похибки перетворювання змінної напруги в постійну шляхом використання структурно-алгоритмічних методів, а саме - адитивно-мультиплікативної корекції з введенням додаткових елементів у вольтметр. Поставлена задача вирішується тим, що в цифровий вольтметр на основі вибірок миттєвих значень, який містить подільник напруги на вході, перемикач, вихід якого з'єднаний з основним підсилювачем, один з входів перемикача з'єднаний з каналом, по якому подається вхідний сигнал, другий вхід перемикача - з подільником напруги на вході, зворотну ланку, яка розміщена після основного підсилювача, додатковий підсилювач, що розміщений після перемикача, один з входів якого з'єднаний зі зворотною ланкою, а другий - з виходом перемикача, що розміщений перед основним підсилювачем, перемикач, вихід якого з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), один із входів перемикача з'єднаний з основним підсилювачем, а другий вхід -з додатковим підсилювачем, перемикач, вхід якого з'єднаний з АЦП, а три виходи перемикача з'єднані з контролером, та цифровий відліковий пристрій, згідно з корисною моделлю, введено подільник напруги на вході, 4 перемикача: перший - з'єднаний зі входом основного підсилювача, другий - з виходом зворотної ланки, третій - з входом АЦП, четвертий з виходом АЦП, зворотна ланка, вхід якої з'єднаний з виходом основного підсилювача, а також додатковий підсилювач, вхід якого з'єднаний з виходом перемикача. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де: 1, 2, 3, 4 - ключі для перемикання; 5 0 подільник напруги; 6, 7 - широкосмугові підсилювачі K 1 (основний підсилювач), K 1 відповідно; 8 1 35 40 45 50 55 - зворотна ланка  ; 9 - контролер; 10 - аналого-цифровий перетворювач K 0 , 11, 12, 13, 14, 15, 2 16 - блоки додаткових рівнянь, що зберігають при проходженні різними шляхами значення сигналу під час шести тактів N1 , N2 , N3 , N4 , N5 , N6 відповідно; 17 - чисельник для розрахування результату вимірювання; 18 - знаменник для розрахування результату вимірювання; 19, 20 - відповідно опори R1 , R 2 для розрахунку коефіцієнта подільника на вході; 21 - цифровий відліковий пристрій. Вольтметр працює наступним чином. В першому такті вхідний сигнал x подається на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "а", далі - подається на основний підсилювач 6, далі подається на перемикач 3, що знаходиться в положенні "а", далі подається на АЦП 10, та контактує з перемикачем 4, що знаходиться в положенні "а". Далі сигнал N1 зберігається в пам'яті контролера 9 (чисельник 17). В другому такті вхідний сигнал x подається на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "а", далі - подається на основний підсилювач 6, далі подається на зворотну ланку 8, що контактує з перемикачем 2, який знаходиться в положенні "а", далі подається на додатковий підсилювач 7, та контактує з перемикачем 3, що знаходиться в положенні "б", далі подається на АЦП 10, та контактує з перемикачем 4, що знаходиться в положенні "б". Далі сигнал N2 зберігається в пам'яті контролера 9 (знаменник 18). В третьому такті вхідний сигнал x подається на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "а", далі подається на перемикач 2, що знаходиться в положенні "б", та подається на додатковий підсилювач 7, що контактує з перемикачем 3, що знаходиться в положенні "б", далі подається на АЦП 10, та контактує з перемикачем 4, що знаходиться в положенні "в". Далі сигнал N3 зберігається в пам'яті контролера 9 (чисельник 17). В четвертому такті вхідний сигнал x подається тим самим шляхом, що і в першому такті, за винятком того, що сигнал спочатку подається на вхідний подільник 5, далі на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "б". Сигнал N4 зберігається в пам'яті контролера 9 (чисельник 17). 1 UA 102610 U В п'ятому такті вхідний сигнал x подається тим самим шляхом, що і в другому такті, за винятком того, що сигнал спочатку подається на вхідний подільник 5, далі на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "б". Сигнал N5 зберігається в пам'яті контролера 9 (чисельник 18). 5 В шостому такті вхідний сигнал подається тим самим шляхом, що і в третьому такті, за винятком того, що сигнал спочатку подається на вхідний подільник 5, далі на вхід перемикача 1, що знаходиться в положенні "б". Сигнал N6 зберігається в пам'яті контролера 9 (чисельник 17). 10 Значення N1 , N2 , N3 , N4 , N5 , N6 після проведення повного циклу вимірювання зберігаються в контролері, потім опрацьовуються для проведення адитивно-мультиплікативної корекції і виводяться на цифровий відліковий пристрій як вихідний сигнал N . В контролері обчислення результату вимірювання вихідного сигналу N здійснюють за формулою (1): (N  N4 )  (N3  N6 ) (1). N 1 N2  N5 Результат вимірювання вихідного сигналу N після підстановки значень в N1 , N2 , N3 , N4 , 15 N5 , N6 наступний: x  (1  k ) 0 (2), N  K2  де k - коефіцієнт подільника, k  R2 . R1  R2 Залежність вхідного сигналу x з урахуванням мультиплікативної похибки K 0 та похибки  2 ланки:  N x 0 K 2  (1   0 )  (1  k ) (3), 2 20 25 де  0 - відносна мультиплікативна похибка коефіцієнта K 0 . 2 2  -ланки, мультиплікативна похибка блока K 0 входять повністю в Разом з тим похибки 2 результат вимірювання. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво № 1406491, кл. G01R 13/02, опубл. 30.06.1988 p. 2. HP модель 3458A Reference Manuel (керівництво з експлуатації). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Цифровий вольтметр на основі вибірок миттєвих значень, який містить подільник напруги на вході, перемикач, вихід якого з'єднаний з основним підсилювачем, один з входів перемикача з'єднаний з каналом, по якому подається вхідний сигнал, другий вхід перемикача - з подільником напруги на вході, зворотну ланку, яка розміщена після основного підсилювача, додатковий підсилювач, що розміщений після перемикача, один з входів якого з'єднаний зі зворотною ланкою, а другий - з виходом перемикача, що розміщений перед основним підсилювачем, перемикач, вихід якого з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), один із входів перемикача з'єднаний з основним підсилювачем, а другий вхід - з додатковим підсилювачем, перемикач, вхід якого з'єднаний з АЦП, а три виходи перемикача з'єднані з контролером, та цифровий відліковий пристрій, який відрізняється тим, що додатково введено подільник напруги на вході, 4 перемикача: перший з'єднаний зі входом основного підсилювача, другий - з виходом зворотної ланки, третій - з входом АЦП, четвертий - з виходом АЦП, зворотна ланка, вхід якої з'єднаний з виходом основного підсилювача, а також додатковий підсилювач, вхід якого з'єднаний з виходом перемикача. 2 UA 102610 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3