Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код

Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскнх

Соцналнстнмескнн

Республнк

QllMCAHNK

И3ОЬРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву %544127 (22) ЗаЯвлено 20. 12.76 (21) 2434130/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.12.78Бюллетень №47 (45) Дата опубликования описания 28.12.78 (и) 6391 40 (51) М. Кл.

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

Gовета Министров CKP аа делам изобретений н открытий (53) УДК 621.325. (088. 8) (72} Автор. изобретения

М, М. Парфенов

Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕ1<ТРИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН В БИФРОВОЙ KOQ

Предлагаемое изобретение относится к области измерений неэлектрических величин электрическими методами с помощью мостовых тензорезисторных датчиков и может найти применение в измерениях сипы, момента, давления, перемещения, 5 ускорения и других величин в системах контроля и управления технологическими процессами, в научных исследованиях.

Известен преобразователь неэлектрических величин в цифровой код по авт.

1О свид. % 544127, содержащий блок питания, датчик нагрузки, соединенный через масштабный усилитель, резистор и измерительный ключ со входом интегратора, вы15 ход которого через компаратор соединен с одним из входов триггера полярности, выходы которого соединены с первыми входами элементов И, причем другие входы элементов И соединены с блоком уп2О равнения, а выходы — с управляющими входами ключей опорного напряжения, составной дифференциальный усилитель с двухфазным выходом, соединенный через резисторы обратной связи со своими инверторными входами; резистор установки нуля датчика.

В этом устройстве компенсация дрейфа усилителя постоянного тока производится периодической коррекцией дрейфа, при обесточивании входной цепи, или применением усилителей с модуляцией-демодуляцией сигнала (МДМ) jlj.

Недостатком такого устройства является низкое быстродействие за счет сужения полосы пропускания усилителей MOM и переходных процессов в фильтрах, а кроме того, применение усилителей МДМ сопровождается дополнительным увеличением шума (помех) за счет йроникновения сигналов управления МДМ через паразитные емкости модуляторов или емкости монтажа.

Данный преобразователь является усовершенствованием известного устройства.

Белью настоящего изобретения является повьппение точности преобразования.

639140

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство по авторскому свидетельству М 544127, содержащее блок питания, датчик нагрузки, соединенный через масштабный усилитель резистор и измерительный ключ со входом интегратора, выход которого через компаратор соединен с одним иэ входов триггера полярности, выходы которого соединены с первыми входами элементов И, причем другие входы эле- О ментов И соединены с блоком управления, а выходы - с управляющими входами ключей опорного напряжения; составной дифференциальный усилитель с двухфазным

<5 выходом, соединенный через резисторы обратной связи со своими инвертирукицими входами, резистор установки нуля датчика введены переключатель полярности напряжения, триггер и элемент совпадения, один вход которого соединен с выхо-, дом компаратора, другой вход элемента совпадения. соединен с выходом блока управления, выход элемента совпадения соединен со счетным входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно, переключателя полярности напряжения, третий и четвертый входы которого соединены с разнопопярными выходами блока питания, выходы переключателя полярности напряжения подключены к первому и второму входам усилителя постоянного тока и к одной из диагоналей датчика. нагрузки, и кроме того, переключатель полярности напряжения выполнен в виде мостовой схемы на четырех трайзисторахразнойпропроводимости.

На чертеже представпена функциональная схема устройства. ф) Преобразователь неэпектрических величин в цифровой код содержит: датчик

1 нагрузки; масштабный усилитель 2, усилитель 3 постоянного тока; резистор 4; ключ 5 измеряемого напряжения; интегра тор 6; резисторы 7 и 8 компенсации; ключи 9 и 10 компенсации, компаратор

11; блок 12 управления; элемент 13 сов падения, триггер 14 полярности; эле- 5о менты 15, 16 совпадения; блок 17 компенсации несимметрии; резистор 18 установки начального разбапанса; резистор

19; блок 20 питания; переключатель 21 полярности напряжения; триггер 22, тран зисторы 23, 24 одной проводимости; транзисторы 25, 26 другой проводимости, резисторы 27, 28.

Работает устройство следующим образом 4

Выходной сигнал с датчика 1 нагрузки усиливается масштабным усилителем 2, через резистор 4 и ключ 5 измеряемого напряжения подается на интегратор 6. В результате этого на выходе интегратора

6 напряжение начинает нарастать и через интервал времени Т достигает опредепейного значения. По окончании То блок 12 управления закрывает ключ 5 измеряемого напряжения и открывает один из ключей 9 ипи 10 компенсации через триггер

14 полярности и элементы 15, 16 совпадения. Тогда напряжение компенсации с выхода усилителя 3 постоянного тока, через один из резисторов 7 ипи 8 и ключ компенсации, соответственно, 9 или 10 начинает уменьшать выходное напряжение интегратора 6.

В момент перехода этого напряжения через нулевой уровень компаратор 11 выдает сигнал об окончании одного полуцикла преобразования и закрывает ключи компенсации 9, 10, Интервал времени, в течение которого были открыты ключи 9 и 10 компенсации пропорционален величине накопленного интегратором 6 напряжения за интервал времени Т„, а значит пропорционален среднему значению выходного сигнала датчика 1 нагрузки за время То.

За время интегрирования То напряжение накопленное интегратором 6 зависит не только о действия выходного сигнала датчика 1 нагрузки, но и от действия дрейфа масштабного усилителя 2 и среднего значения амплитуды помех и в первую очередь в его входной цепи. Поэтому в выходном сигнале интегратора 6, а после преобразования и s полученном ин тервапе времени 4 содержится некоторая ошибка.

После окончания первого попуцикпа преобразования сигнал с компаратора ll и блока 12 управления через элемент

13 совпадения попадает на счетный вход триггера 22 и изменяет его состояние на противоположное. Значит, если раньше, в переключателе 21 полярности бып от» крыт транзистор 23, а через резистор

28 - транзистор 26, то теперь открывается транзистор 24, а через резистор

27 - транзистор 25. Таким образом поляр.ность напряжения питания датчика 1 на» грузки поменялась на противоположную, 639140 а значит изменилась попярность выходного сигнала датчика 1 нагрузки и компенсационного напряжения на выходе усилитепя

3 постоянного тока. При этом попуцикл преобразования повторится, но уже при 5 другой полярности измеряемого и опорного напряжения.

Так как величина и амппитуда дрейфа масштабного усипителя 2, усиц 3 постоянного тока и интегратора 6 не за- iÎ висит от попярности и величины входного сигнала, то действие дрейфа будет противоположным первому попуцикпу преобразования.

Так, если, налример, дрейф масштабного 15 усилителя 2 увеличиван резупьтируюшее напряжение на его выходе на величину

8 то при перемене полярности выходного сигнана мостовой схемы иа противоположную, дрейф масштабного усилителя 2 будет уменьшать по абсопютной вепичине результируютцее нацряжение на его выходе на вепичину Во . Если величина дрейфа усилителей не успевает заметно измениться за время между двумя полупикпами, то происходит практически полная компенсация дрейфа масштабного усилителя 2, усииитепя 3 постоянного тока и интегратора 6.

Полная компенсация дрейфа проявляет-ЗО ся при измерении уже суммарного интервапа времени за два ипи пюбое четное чиспо полуциклов преобразования.

Компенсационные свойства предножен з ного устройства rio отношению к помехам входной цепи масштабного усилитепя 2 проявпяются анапогичным образом. Помеха наведенная во входную цепь масштабного усипитепя 2 также ни по амплитуде, ни по фазе не зависит от снгнапа мостовой

40 схемы. В результате интегрирования измеряемого сигнапа допопнительная ошибка от действия помехи может составить какуюто вепичину t- и ° Дпя синусоидального сигнала это может означать, что время ин45 тегрирования То не равно периоду помехи Т, поэтому при Т 3 Т, вепичина 8> будет одного знака, а при Т сТ,-другого знака. Так как величина помехи между

50 двумя попуцикпами преобразования мапо изменяется по амцпитуде и erne меньше по частоте, то веиичнна Ю остается практически постоянной и ее влияние на погрешнОсть преобразов&ння анапогично

55 дрейфу опредепяется знаком измеряемого напряжения.

Если в одном из поцуциклов преобразования среднее значение номеки приводит к увеличению интервапа времени в течение которого открыты ключи компенсации, то вследующем полуцикпе, при смене полярности измеряемого напряжения на противопопожную, значение этого интервала времени уменьшится на точно такую же ве пичину.

Таким образом компенсационные свой- ства предпоженного устройства тем выше, чем меньше время преобразования одного попуцнкла, а значит беэ применения фильт ров и сложных усилителей с модуляцией и демодуляцией достигается более высокая точность и быстродействие преобразования неэлектрических величин тенэореэисторными датчиками.

Упрощение перекпючатепя 21 попярности достигается тем,что в мостовой схеме из транзисторов разной проводимости управляющее напряжение в противофазе подается только на два транзистора одной проводимости, например, на транзисторы 23 и 24 от триггера 22. Вторая пара транзисторов одной проводимости управияется с коллектс рных цепей через резисторы 27 и 28. При этом, если открыт транзистор 23, то резистор

28 соединяется с нижней шиной и подает ток в базу транзистора 26, который тотчас открывается. И наоборот, если открыт транзистор 24, то одновременно открывается транзистор 25.

Такое соединение транзисторов упрощает управиение датчиком нагрузки и исключает закорачивание блока 20 питания накоротко, так как открывание рдновременно транзисторов 23, 25 иии 24, 26 невозможно.

Таким образом, в резупьтате введения перекцючателя попярности и цепи его управления, влияние напряженна дрейфа усилитепей постоянного тока н синусоидапьной помехи в выходной цепи датчика. уменьшено за счет суммирования двух ипи четного числа спедующих друг эа другом измерений. Измеряемый сигнан датчика меняется только по своей попярности, оставаясь таким же по ампцитуде, но в сравнении с дрейфом усилитепей.и средним за время интегрирования значением напряжения помехи, в одном случае мы имеет суммирование, в другом - вычнта ние сигналов по результатам аэмерениа.

Таким образом результат измерения уже не содержит, ипи содержит в меньшей степени, составцякицве. напряжена дрейфа и помех.

639140

Составитель Л.. Плетнева

Редактор B. Герцен Техред О, Андрейко Корректор А. Власенко

Заказ 7302/47 Тираж 1044 Поднисное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по депам изобретений и открытнй

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

Фипиап ППП "Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4

Синхронное с частотой помехи измерение позволяет практически полностью исключить ее влияние на результат измерения.

Формула изобретения

1, Преобразователь неэпектрических вепичин в цифровой код по авт. свид. >О

%844127, о т и и ч а ю шийся тем, что, е цепью повышения точностк преобразования, в него введены переключатель полярности напряжения, триггер и опемент совпадения, один вход которого 1 соединен с выходом компаратора, а другой вход элемента совпадения соединен с выходом бпока управления, выход элемента совпадения соединен со счетным

20 входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно, переключателя полярности напряжения, третий и четвертый входы котора го соединены с раэнопо ярными выходами блока питания, выходы перекиючатепя попярности напряжения подключены к первому и второму входам усилителя постоянного тока и к одной иэ диагоналей да чика нагрузки.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что переключатель полярности напряжения выполнен в виде мострвой схемы на четырех транзисторах разной проводимости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

i%544127, кп. Н 03 К 13/20, 1975.