Функциональный преобразователь

Функциональный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока. Цель изобретения - повьшение точности , Функи юнальиый преобразователь содержит диф Ьеренпиальпый операдпон- НЫ11 ус шнтсль 1, инвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3 .-1, . . , , 3 .п , (п + 1) входных масштабных резисторов и ключей перво) 5 и второй 6 групп, блок 7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 напряжения, генератор 10 импульсов , счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов , мультив1 братор 14. Работа преобразователя осуществляется в трех режимах РаОота, Коррекция и Иямс рсиие. Погрешность выбора поддпапазо:;: сказывается только на выборе ис:оПхо;и гого запаса по перегрузке iia выбранном пределе измерения, который учитывается при выборе регист- Р лрунплего прииора. 2 ил. S (Л ЛоЭ 00 ГС ю со tc О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 06 О 7/26! д ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц . ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3875420/24-24 (22) 25.03.85 (46) 07.07.87. Бюл. 11 25 (72) Б.А.Джулай и В.П.Зибров (53) 681.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1111181, кл. G Об G 7/26, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 1267445, кл. G 06 G 7/26, 1985. (54) ФУНКЦИО11АЛЬ11ЬП1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазо«ных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока.

Цель изобретения — повышение точности. Функционапь«ый преобразовате ь

„„SU„„1322326 A1 садерж»т дифференциальный операцион«ый усилитель 1, и«вертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3. 1,...,3.п,(п+1) вход«ых масштабных резисторов и ключей перво» 5 и второй 6 групп, блок

7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 «апряже«пя, генератор 10 импул сов, счетчик 11, преобразователь

12 код — a«a«îã, формигователь 13 им— пуп сов, мульт«вибратор 14. Работа преобразона!еля осуществляется в трех реж»ма::. Работа", "Еоррекцияч и

"Пз;k !»»! å". 11огрешность выбора под—

;»га»1 «: 1 сказываетch только на выборе « . бхо;.!!!!от.о запаса по перегрузке

«а пыбра««ом пределе измерения, который- у» тываеi ся при выборе регист— р.ярую:. с о р»бора. 2 ил.

1 13223

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока. 5 цель изобретения — повышение точности, На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя; на фиг.2 — принципиальная схема аппроксимирующей ячейки.

Функциональный преобразователь содержит дифференциальный операционный усилитель 1, инвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3.1,...,3.п, (n+1) входных масштабных резисторов

4.1,...,4. (n+1),пключей 5. 1,,...,5.п первой группы, и ключей 6. 1,..., 6.п второй группы, блок 7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 напряжения, генератор 10 импульсов, счетчик 11, преобразователь 12 код — аналог, формирователь 13 импульсов и мультивиб-. ратор 14.

Каждая из и аппроксимирующих ячеек

3 ° 1,...,3п (фиг.2) содержит первый

15 и второй 16 входы аппроксимирующей ячейки, операционный усилитель 17 первый, второй и третий масштабные резисторы 18-20, первый и второй or30 раничительные диодные элементы 21 и

22, диоды 23 и 24, корректирующий резистор 25, повторитель 26, транзистор 27, первый и второй нагрузочные резисторы 28 и 29, первый 30 и второй 31 выходы аппроксимирующей ячейки.

Преобразователь работает следующим образом.

В момент возникновения импульса на выходе мультивибратора 14 функциональный преобразователь находится в режиме "Работа . Блок 7 памяти в данном случае переводится в режим записи поступающей информации с вторых выходов 31 аппроксимирующих ячеек 3.1,...,3.п. Считывания информации с выходов блока 7 памяти не будет так как по выходам в режиме записи он заблокирован. При этом ключи 5.1, ...,5.п открьггы, а ключи 6.1,...,6.п

50 закрьгты.

Импульсом с выхода мультивибратора 14 счетчик 11 сбрасывается в нуль, вследствие чего напряжения на выходе преобразователя 12 код — аналог и инвертирующем входе дифференциального операционного усилителя 1 равны нулю.

26 2

В режиме "Работа" на вход функционального преобразователя поступает исследуемый сигнал (входной ток), в зависимости от величины которого устанавливается выходное напряжение усилителя 1 и автоматически выбирается поддиапаэон, в котором работает функциональный преобразователь. Напряжение с выхода усилителя 1 поступает на вход инвертора 2 и первые входы 15 аппроксимирующих ячеек

3.1,...,3.п, Отдельно взятая аппроксимирующая ячейка работает следующим образом.

На первый вход 15 аппроксимирующей ячейки поступает напряжение положительной полярности с выхода усилителя 1, а на второй ее вход 16 — отрицательное опорное напряжение.

П gs

Если выполняется условие — — —— 1В

Uî с О, напряжение на выходе опеН9 рационного усилителя 17 имеет положительную полярность. При этом открываются база-эмиттерный переход транзистора 27 и первый ограничительный диодный элемент 21. Напряженйе на коллекторе открытого транзистора 27, нагрузкой которого является резистор 28, имеет низкий потенциал . Диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 закрыты, и на первый выход 30 аппроксимирующей ячейки информация с его первого входа 15 не проходит.

Когда выполняется условие

П В к U o напряжение на выходе уси1В 19 лителя 17 становится отрицательным, и диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 открываются, включая в отрицательную обратную связь усилителя 17 повторитель 26 и масштабный резистор 20. Аппроксимирующая ячейка при этом считается включенной. Через нее в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя 1 подключается соответствующий входной маштабный резистор, изменяющий крутизну преобразования функционального преобразователя.

Напряжение на коллекторе транзистора 27 при включенной аппроксимирующей ячейке имеет высокий потенциал, 1322326

Пороги срабатывания аппроксимирующих ячеек выбираются исходя из разбиения общего диапазона изменения входного тока на поддиапазоны путем выбора номиналов резисторов R18 и

R19. На крутизну преобразования, начиная с второго поддиапазона, кроме номиналов входных масштабных резисторов 4.1,...,4.п, подключенных к первым выходам 30 соответствующих 10 аппроксимирующих ячеек, влияет и номинал масштабного резистора 20.

Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме "Работа" для m-го поддиапазона определяется иэ выражения 15 м г °

Пвы. =1)вiх< - + (iü,. — 1вх(- >j (1)

+ П.,3р, 20

fh-1

Ка K З.i 1

К + (2) П

R 4.(n i1) „ R„3 ) 45 — коэффициент передачи инвертора 2;

rAe K

R1s

К = — — — коэффициент передачи

Rtf по первому входу 15 аппрокси3мрующей ячей-50 ки 3 ° i;

R 4 („„ — номинал резистора

4. (n+1);

R <, — номинал резистора 4.i.

По окончании импульса мультивибра-55 тора 14 режим "Работа" заканчивается и начинается формирование такта коррекции, время которого определяется где (1 „„,1 — напряжение на выходе усилителя 1 в точке изменения крутизны в конце (m-1) -го поддиапазона;

25, 1 — входной ток на m-м и поддиапазоне; — входной ток в точке вх (-н изменения крутизны в конце (m-1)-го под- 30 диапазона;

К вЂ” коэффициент пропорциональности для -ro поддиапазона;

U„„35 на ш-м поддиапаэоне.

На ш-м поддиапазоне включены аппроксимирующие ячейки 3.1,...,3.(m-1) и коэффициент пропорциональности функционального преобразователя on- 40 ределяется из выражения длительностью импульса с выхода формирователя 13, формируемого иэ заднего фронта импульса мультивибратора 14.

На время такта коррекции ток исследуемого сигнала на вход функционального преобразователя не поступает.

По окончании импульса мультивибратора 14 блок 7 памяти переводится в режим считывания, при котором с его выходов выводится информация о включенных в режиме "Работа" аппроксимирующих ячейках. Сигналы с выхода блока 7 памяти, воздействуя на входы управления ключей первой и второй группы, изменят состояние только тех иэ них, которые связаны с аппроксимирующими ячейками, бывшими включенными в режиме "Работа". Поэтому вторые входы данных аппроксимирующих ячеек отключатся от отрицательной шины источника двуполярного опорного Напряжения соответствующими ключами первой группы. Сами аппроксимирующие ячейки останутся включенными за счет протекания тока от положительной шины источника двуполярного опорного напряжения через открьггые ключи второй группы на первые их выходы.

Таким образом, после окончания импульса мультивибратора 14 функциональный преобразователь переводится в режим прямо пропорционального преобразователя с коэффициентом преобразования К, выбранным автоматически в режиме "Работа", исходя из величины входного тока.

Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, то выходное напряжение усилителя 1 согласно выражению (1) определяется только напряжением ухода нуля для выбранного поддиапазона. Напряжение ухода нуля с выхода усилителя 1 поступает на вход компаратора 9 напряжения, где сравнивается с нулевым потенциалом. В случае неравенства ну. лю данного напряжения компаратор 9 запускает генератор 10 импульсов, блокировка которого на время такта коррекции снята, благодаря воздействию разрешающего импульса с выхода формирователя 13. Импульсы генератора 10 поступают на счетный вход счетчика 11, готового к счету поступающих импульсов после окончания режима "Работа". Код состояния счетчи5 132 ка 11 непрерывно поступает на входы преобразователя 12 код — аналог, где преобразуется в выходное прямо пропорциональное напряжение, поступающее далее на инвертирующий вход усилителя 1 для компенсации напряжения ухода нуля. Когда напряжение на выходе усилителя 1 станет равным нулю, компаратор 9 переключится в противоположное состояние и генератор 10 прекратит генерацию импульсов. В счетчике зафиксирован код, при котором напряжение на выходе усилителя 1 равно нулю.

Счетчик 11 может быть как однонаправленного, так и реверсивного счета.При использовании реверсивного счетчика генератора 13 подаются импульсы на входы прямого или обратного счета в зависимости от состояния компаратора 9 на все время действия импульса с выхода формирователя 13.

По окончании такта коррекция до момента генерации мультивибратором

14 очередного импульса функциональный преобразователь находится в режиме "Измерение", в течение которого на его вход вновь подается ток исследуемого сигнала, Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме "Измерение" прямо пропор- ° ционально зависит от входного тока:

232б 6

30 которых содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выходами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов являются первым и вторым входами аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя через второй ограничительный диодный элемент, выполненный на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, подключенных общим выводом через корректирующий резистор к шине нулевого потенциала, соединен с входом повторителя, соединенным с первым выходом аппроксимирующей ячейки и подключенным выходом к второму выводу третьего масштабного резистора, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, база которого подключена к выкоду операционного усилителя, коллектор подключен к второму выходу аппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор соединен с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, эмиттер транзистора соединен с вторым выводом первого ограничительного диодного элемента, подключенного через второй нагрузочный резистор к шине нулевого потенциала, первые входы и аппроксимирующих ячеек .объединены и подключеIll ITI

ВЫъ иЗм ВХ тат где К определяется согласно выражению (2) .

Из описания работы преобразователя видно, что определение поддиапаэона может произойти с погрешностью вызванной напряжением ухода нуля, но это на конечный результат измерения величины входного тока. не влияет.

Погрешность выбора поддиапазона скажется только на выборе необходимого запаса по перегрузке на выбранном пределе измерения, который учитывается при выборе регистрирующего прибора, Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и подключен к входу инвертора, источник- двуполярного опорного напряжения, п аппроксимирующих ячеек, каждая из

4С

55 ны к выходу дифференциального операционного усилителя, первый выход каждой i-й (i=1, 2,...,n) аппроксимирующей ячейки через i-й входной масштабный резистор и выход инвертора через (и+1)-й входной масштабный резистор подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, второй выход каждой

i-й аппроксимирующей ячейки соединен с соответствующим i-м входом блока индикации, компаратор напряжения,выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, соединенного выходом со счетным входом счетчика, первый вход компаратора напряжения подключен к шине нулевого потенциала, блок памяти, преобразователь код— аналог, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены мультивибратор, формиро" ватель импульсов и первая и вторая группы иэ и ключей, информационные входы которых подключены соответстго

Составитель Н.Зайцев

Техред Л.Олейник Корректор Н.Король

Редактор Н.Рогулич

Заказ 28Ь8/48 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная; 4

7 132 венно к отрицательиой и положительной шинам источника двуполярного опорного напряжения, управляющие входы i-x ключей первой и второй группы объединены и подключены к соответствующему 1-му выходу блока памяти, выход i-го ключа первой груп- пы соединен с вторым входом i-й аппроксимирующей ячейки, первый выход

2326 Я которой подключен к выходу i-ro ключа второй группы, i-й информационный вход блока памяти подключен к второму выходу i-й аппроксимирующей ячейки, выход мультивибратора подключен к входу разрешения записи-считывания блока памяти, входу сброса счетчика и через формирователь импульсов к входу блокировки генератора импульсов