Устройство для извлечения квадратного корня

Устройство для извлечения квадратного корня

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских . Соцналнстических

Республик, (}})1005082 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 08. 81 (2! ) 3332496/18-24 " с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 15,03.83. Бюллетень №10

Дата опубликования описания 15. 03. 83: (} М. К .з

G G 7/20

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий ($3) УДК б81. 335 (088. 8) (72) Автор изобретения (71) Заявитель р ру Кр исследовательский институт теплоэнергетическог6 приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КВАДРАТНОГО КОРНЯ

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в функциональных преобразователях в качестве элемента, линеа ризующего статическую характеристику . дифманометров, используемых для измерения расхода ряда технологических . параметров через перепад давления на сужакщем устройстве.

Известно устройство для извлечения квадратного корня, содержащее квадратор в цепи отрицательной обратной связи усилителя 1 ).

Но это устройство имеет значительную погрешность при малых уровнях информационного сигнала °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для извлечения квадратного корня, содержащее двухвходовой интегратор, блок сравнения (детектор нуля), одновибратор, два ключевых элемента, источник эталонного напряжения, активный фильтр, выход которого является выходом устройства j 2 ).

Недостаток известного устройстваневысокая точность и достаточно сложная конструкция. Основными элементами, от которых в значительной степени зависит точность выполнения заданной функции, являются ключевые элементы и источник эталонного напряжения. Разброс и асимметрия коэффициентов передачи этих ключей, нестабильность опорного сигнала, снимаемого с источника эталонного напряжения, дрейф нуля блока сравнения и интегратора являются дестабилизирующими

1О факторами, влиякщими на точность.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для извлечения квадратного корня, содержащее активный фильтр, выполненный на первом операционном усилителе, выход которого, являющийся выходом устройства, через соединенные параллельно первый масштабный резистор и интегрирующий конденсатор, соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и с первым выводом второго масштабного резистора, а через третий масштабный резистор — с входом

25 устройства, введены широтно-импульсный моцулятор с однополярной статической характеристикой, однополупериодный выпрямитель, выполненный на втором операционном усилителе, неинЗО вертирующий вход которого соединен с

1005082 ройства, а также при этом дополнительно охвачен коммутируемой положительной обратной связью, содержащей двухвходовой однополупериодный выпрямитель 22, выполненный на операционном усилителе 3. В свою очередь, этот усилитель замкнут отрицательной диодно-реэистивной обратной связью таким образом, что Hà его выходе может формироваться только однополярный сигнал Z..

Устройство работает следующим образом.

Функциональная сборка из элементов 3, 12, 13, 8 и 9, входящих в полупериодный выпрямитель 22, по своему действию эквивалентна прецизионному (идеальному) диоду. Другими словами, работа этой сборки основывается на том, что при одной полуполярности входного напряжения У оно с определенным масштабным коэффициентом, зависящим практически только от величины oTHQLIBHHR српротивлений масштабных резисторов 9 и 8, подается на выход в виде сигнала Z, а при другой полярности выходное напряжение 1 поддерживается равным нулю.

На дополнительный второй вход однополупериодного выпрямителя 22 через масштабный резистор 10 подается управляющий сигнал Я с выхода широтноимпульсного модулятора 14, выполненного по схеме управляемого автогенератора, который формирует на выходе только однополярные прямоугольные импульсы Q co знаком, противоположным знаку сигнала, снимаемого с выхода активного фильтра 1. На инвертирующ ем входе второго операционного усилителя 3 сигналы Q и суммируются таким образом, что выхо,",ной сигнал широтно-импульсного модулятора 14 является всегда запирающим для одно о полупериодного выпрямителя 22 во всем диапазоне изменения сигнала .

B результате этого выходной сигнал активного фильтра 1 по цепи его положительной обратной связи блокируется на время, равное длительности „ выходных импульсов широтно-импульсного модулятора. Положительная обратная связь замыкается на время, когда Q= О.

Таким образом, на выходе однополупериодного выпрямителя 22 наблюдается последовательность импульсов 2, длидлительностью 1О и периодом повторения

Т. При этом имеет место равенство в связи с чем постоянная составляющая; указанного выходного сигнала может бить найдена иэ следующего выражения

Ь вЂ”..)ЧИ . с(З=с1, (4- )Ч, (1) о где j — постоянная (средняя) составР ляющая сигнала положительной шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход соединен с первыми выводами четвертого и пятого масштабных резисторов и через коммутирующий диод — с выходом второго оПерационного усилителя, подключенного через второй коммутирующий диод к второму выводу пятого масштабного резистора и к второму выводу второго масштабного резистора, второй вывод четвертого масштабного резистора соединен с вы- 10 ходом первого операционного усилителя и с входом широтно-импульсного модулягора с .однополярной статической характеристикой, выход которого через дополнительно введенный шестой 15 масштабный резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

Кроме того, IHpoTHo-импульсный модулятор с однополярной статической характеристикой выполнен на дифференциальном операционном усилителе, выход которого через диодный ограничитель знака выходных импульсов соединен с первым выводом токоэадающего резистора, второй вывод кдторого, являющийся выходом широтно-импульсного модулятора с однополярной статической характеристикой, соединен с первым выводом стабилитрона и через инерционное RC çâeío — с инвертирующим входом дифференциального операционного усилителя и первым вывоцом масштабного резистора, второй вывод которого является входом широтно-импульсного модулятора с однополярной статической характеристикой, неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя соединен со средним выводом резистивного делителя напряжения, крайние 40 выводы которого соединены соответственно с вторым выводом токозадающего резистора и шиной нулевого потенциала, второй вывод стабилитрона соединен с шиной нулевого потенциа- 45 ла.

На чертеже представлена блок-схема устройства для извлечения квадратного корня, Устройство содержит активный 50 фильтр 1, операционные усилители 2 и 3, интегрирукщий конденсатор 4, масштабные резисторы 5-11, коммутирующие диоды 12 и 13, широтно-импульсный модулятор 14 с однополярной статической характеристикой, дифференциальный операционный усилитель 15, диодный ограничитель 16 знака выходных импульсов, токоэадающий резистор 17, стабилитрон 18, резистор 19 инерционного RC-звена, резистив- 60 ный делитель напряжения 20 и 21, однополупериодный выпрямитель 22, конденсатор 23 инерционного RC-звена.

Активный фильтр 1 включен непосред ственно между входом и выходом уст1005082

58 е < pe Ге„е, е) 30

"ЛЛ "1Ю гее C= — с

Rq„+ Rqg постоянная времени цепи отрицательной обратной связи ши- 35 ротно-импульсного модулятора; коэффициент передачи цепи положительной обратной связи 40 широтно-импульснoro модулятора;коэффициент передачи входной цепи широТНО èìï ëüснОГО модуля то ра; коэффициент передачи отрицательной обратной связи широтно-импульсного модулятора) при этом я.о

R Ф о с( лл ос Rл,+к„ с = — 8 ир«("и

Активный фильтр 1 для вышеуказанной импульсной последовательности представляет собой сглаживающее звено.Поэ.тому можно считать,что глубина положительной обратной связи активного фильтра 1 также усредняется за один период ее коммутации, в результате чего величина коэффициента передачи выходного сигнала активного фильтра

1 по цепи его положительной обратной 65 обратной связи за один период коммутации выпрямителя 22;

Т вЂ” период следования импульсов широтно-импульсного модулятора 14; д/ = — — коэффициент .передачи второго 5 ч 2. )1

8 операционного усилителя 3 в момент отсутствия управляющего сигнала на выходе широтно-импульсного модулятора; относительная скважность 10 (коэффициент заполнения) выходных импульсов широтно-импульсного модулятора, изменякщаяся в диапазоне от нуля до единицы; 15

С вЂ” нормирующий параметр широтноимпуль сного модулятора.

В соответствии с принятыми обозначениями: можно записать следующие выражения, характеризующие с высокой степенью точности динамику работы широтно-импульсного модулятора 14 с однополярной статической характеристикой связи может быть определена из следукщего выражения ,(„,(о до = тч 1 + 1Ф2 т =(7 11 г, М где о(— коэффициенты передачи фильтра 1,и выпрямителя 22 по общему контуру цепи положительной обратной связи, при этом (= — (= — <5 . 6 < Rg

Для статического режима работы устройства (при х = сонз9 выходной сигнал активного фильтра 1 равен сумме двух составляющих бхХ+ (1 КЬ К Х+" ПО С" (4 ) где K — коэффициент передачи активного фильтра 1 по цепи, входного сигнала, при Этом 5

К

Ьх R1

С учетом вынепредставленных выражений получаем

)(ьх

Ч= Х= Х (б)

"-"пос " ÷ (И-3 )

Подставляя в уравнение (5) развернутое выражение для )), получаем

d1 4

g +(4- ).л ) 1) =) вх Х (6) Если принять, что с((. 2

R5 я.

6 8 то из уравнения (6) окончательно получаем

С учетом выражений (2) (7) получаем следующий алгоритм изменения скважиости у выходных импульсов широтно-импульсного модулятора 14

С1л 1 %

Таким образом, для реализации функции (7).скважность выходных импульсов широтно-импульсного модулятора должна изменяться по алгоритму (8), т.е. она должна быть так" же пропорциональна квадратному корню входного. сигнала х, чхо реализуется применением IIIHpoTHoHìïóëüñíoro модулятора с однополярной статической характеристикой, работающего в автоколебательном режиме, как управляемый автогенератор.

Если номиналы резисторрв 5, б, 8 и 9 установить такими, что Й: — =4, R e

1005082 то из уравнения (7) окончательно получаем

Таким образом, погрешность операции извлечения квадратного корня в этом устройстве практически зависит только от точности поддержания требуемых отношений номиналов масштабных резисторов, введенных в обратные 10 связи операционных усилителей, а также от выбранной амплитуды импульсов широтно-импульсного модулятора, Обеспечить стабильность отношения номиналов однотипных резисторов 15 всегда намного проще, чем поддерживать стабильность отношения коэффицие н тов передачи ключей, параметры могут уходить как в одну, так и в другую нерегулируемые стороны. 20

При измерении расхода через перепад давления на сужающем элементе (например, трубка Вентури), когда имеют место технологические пульсации к онт роли руемог о параметра, во вх одной цепи устройства для извлечения квадратного корня, работающего в комплекте с дифманометром, необходимо дополнительно устанавливать электрический демпфер, сглаживающий указанные пульсации. Кроме того, подобного рода демпферы (сглаживающие фильтры) устанавливаются также с

4елью подавления электрических помех, которые возможны в системах измерения.с достаточно протяженными ли- 35 ниями связи между дифманометрами и устройствами для извлечения;<вадратного корня, формирующими на выходе информационный сигнал, связанный с измеряемы расходом линейной зави- 40 симостью. Применение этих демпферов понижает точность измерения.

При использовании этого устройства необходимость введения такого рода демпферов отпадает, поскольку актив- 45 ный фильтр установлен непосредственно во входной цепи и поэтому наряду с основной функцией (выделение средней составляющей ШИИ-сигнала) может также дополнительно выполнять и роль демпфирующего звена с фиксированной, либо с регулируемой установкой его постоянной времени.

Та к им обра зом, п редлож ен н ое у стройство дополнительно дает возможность повысить точность процесса измерения расхода в указанных случаях. Технико ° зкономический эффект заключается в повышении точности преобразования.

Формула изобретения

1. Устройство для извлечения квадратного корня, содержащее актив-, ный фнльтр, выполненный на первом операциойном усилителе, выход которого, являющийся выходом устройства, через соединенные параллельно первый масштабный резистор и интегри- . рующий конденсатор, соединен с ийвертирующим входом первого операционного усилителя и с первым выводом второго масштабного резистора, а через третий масштабный реэистор— с входом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены широтно-импульСный модулятор с однополярной статической харак теристикой, однополупериодный выпрямитель, выполненный на втором операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертйрующий вход соединен с первыми выводами четвертого и пятого масштабных резисторов и через первый коммутирующий диод — c выходом второго операционного усилителя, подключенного через второй коммутирующий диод к второму выводу пятого масштабного резистора и к второму выводу второго масштабного резистора второй вывод четвер-того масштабного резистора соединен с выходом первого операционного усилителя и с входом широтно-импульсного модулятора с однополярной статической характеристикой, выход которого через дополнительно введенный шестой масштабный резистор соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что широтно-им» пульсный модулятор с однополярной. статической характеристикой выполнен на дифференциальном операционном усилителе, выход которого через диодный ограничитель знака выходных импульсов соединен с первым выводом токоэадающего резистора, второй вывод которого, являющийся выходом широтно-импульсного модулятора с однополярной статической характеристикой, соединен с первым выводом стабилитрона и через инерционное RC-звено с инвертирующим входом диФференциаяь-. ного операционного усилителя и первым выводом масштабного резистора, второй вывод которого является входом широтно-импульсного модулятора с однополярной статической характе, — .. ристикой, неинвертирующий вход дифференциального операционного усилителя соединен со средним выводом резистивного делителя напряжения, крайние выводы которого соединены соответственно с вторым выводом токо; задающего резистора и шиной нулевого потенциала, второй вывод стаби1005082

Составитель В.Жирнова

Редактор К. Волощук Техред T.Ôàíòà Корректор О. Билак

Зака э 1903/66 Тир аж 7.0 4 Подписное

ВНИИПИ,Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Б-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4 литрона соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники инФормации, принятые во внимание при зкспертиэе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 648994, кл. 8065 7/20, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 525120, кл. G06G 7/20, 1974 (прототип) .