Способ измерения напряжений для проводной телеметрии

Способ измерения напряжений для проводной телеметрии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистиических

Республик

И Е 717667

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 27.06.77 (21) 2501644/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5!)М. Кд.

G 01 R 19/00

1Ъаударстаанный квинтет

СССР ве ланам нзебретеннй н аткрьпнй (5Ç) УДК б81.335 (088.8) Опубликовано 25.02.80. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликования описания 28 02 80 (72) Авторы изобретения

И. Е. Заблоцкий, Ю. В. Храмов, В. Я. Литуев и С. С. Александров (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ ПРОВОДНОЙ

ТЕЛЕМЕТРИИ

Изобретение относится к информационноизмерительной технике и может быть использовано в системах автоматизации экспериментальных исследований, например, для измерения температуры.

В измерительной технике широкое распрост ранение получил способ измерения напряжений, основанный на двухтактном интегриро-. вании t1), заключающийся в том, что напряжейие измеряется в два такта, В первом такте

1О интегрируется измеряемое ивйряжение при постоянном времени интегрирования, а во втором накопленное напряжение в первом тактеразряжается напряжением противоположной полярности. Все; по которым

15 осуществляется интегрирование в первом и втором тактах, исключаются из результата измерения. Поэтому способ двухтактного интегрирования позволяет проектировать устройства обладающие высокой точностью и стабильностью. Однако, способ двухтактного интегрирования в телеизмерительных проводных системах, в которых в результате двойного интегрирования удавалось бы исключать влияние емкости кабеля, до сих пор не нашел применения. Это объясняется тем, что в кабеле между токонесущей жилой и оплеткой существует собственная паразитная емкость, которая .îäключена параллельно к цепи интегрирования и вносит такую погрешность, которая поглощает все положительные качества способа двухтактного интегрирования.

Известен способ многокакальнь.х телеиэк ерений, при котором в первый такт осуществляется интегрирование сопротивления, во второй и третий такты интегрируются эталонные сопро. тивлеиия, а затем путем математической обработки исключается влияние жилы кабеля (2) .

К недостаткам такого способа следует отнести то, что для исключения влияния кабеля необходимы, как минймум, два эталонных отсчета, а это снижает быстродействие, и затем для получения точного отсчета необходима математическая обработка результатов информационного и эталонных отчетов что значительно усложняет автономные телеиэмерительные системы и устройства, Э 7

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ измерения напряжений для проводной телеметрии основанной на двухтактном интегрировании, при котором в первом такте интегрируют измеряемое напряжение в течение заданного интервала времени, à sa втором такте интег рируют опорное напряженке с обратным знаком до достижения нулевого уровня и фиксируют время интегрирования во втором такте (3):

К недостаткам такого способа следует отнести малое быстродействие за счет, того что для исключения влияния кабеля необходимы два эталонных отсчета и математическая обработка результатов информациопйого и эталонных отсчетов, а также недостаточно высокая точность измерений.

Целью настоящего изобретения является повышенйе точйости за счет исключения влия- ния параэитной емкости проводных соединений и повышение быстродействия. Это достигается

" тем;-что перед первым тактом интегрирования задают напряжение начальных условий, равное сейме входного и опорного напряжений, а перед вторым тактом интегрирования напряжение начальных условий устанавливают равным бпорному напряжению, но с противоположным . знаком.

Способ осущесгвлен путем блокирования паразитной емкости проводных соединений и исключения таким образом ee . влияния . на точность измерения.

Механизм блокирования паразитной емкости заИлючается в том, что емкость предварительно заряжают, до напряжения начальных условий, равного сумме измеряемого и опорного напряжения, а поскольку емкость подклю чена параллельно к цепи источника напряжения ийтегрирования и после заряда представляет источник, напряжения, то оба источни ка оказываются включенными параллельно одноименными полюсами. В случае если уровни напряжений равны, то ток через паразит ную емкость не проходит, то есть исключается влияние паразитной емкости проводных соединений.

Естественно, что tioiittow равенства наирижений в реальных устройствах добиться sec»"" Mi «cifoikmo, поэтому утечки через паразитную емкость неизбежны. Однако, в этом случае емкость будет подзарвжаться на линейном участке экспоненты заряда и емкость как элемент электрической -цеци, будет эквивалентна активному сопротивлению больпюго йоМинала, что в результате телеизмерений приведет к аддитивнон погрешности, которая всегда может быть учтена в рйаъных устройствах.

1О конденсатора 8, нуль-органа 9; элемента 10

ИЛИ; программного блока 11; генератора

12 частоты; элемента 13 И; счетчика 14; кабеля 1.5; триггера 16; эталонного реэисто. ра 17.

Работа системы тактируется программным блоком (AS) в определенной последовательности. В исходном состоянии все ключи системы закрыты, конденсатор разряжен и счетчик обнулен.

Первый такт работы устройства заключает ся s заряде паразиткой емкости проводной системы до напряжения начальных условий, равного сумме опорного и измеряемого напряжений: Это необходимо для того, чтобы блокировать нелинейное влияние емкости Ск и свести это влияние к апдитивному и лежащему за пределами чувствительности устройства. И действительно, если предварительно зарядить Ск до напряжения U Uo+Uxi где Uxi — измеряемое напряжение, а затем во, втором такте приложить напряжение Осум той же полярности к емкости Ск, которая уже к емкости Ск, которая уже заряжена до (1сум то два равных напряжения, включенных параллельно одноименными полюсами препятствуют прохождению токов через C„. Именно это обстоятельство позволяет исключить влияние Ск.

1рограммиый блок (AS) 11 в первом такте вырабатывает первый управляющий сигнал, который открывает ключ 2 и ключ 3 через элемент 10 ИЛИ, кабель 15 и триггер. 16 (связь между элементом ИЛИ и григгером через кабель на фиг. 1 показана пунктиром).

К точке "а" схемы прикладывается суммарttoe напРЯжение U M Оо + Uxt и собственная емкость кабеля Ск заряжается до этого напряжения. Поскольку (фиг. 2) время заряда Ск — для данного типа кабеля цостоянно, то оно задается блоком 11. Кроме того, первый управляющий сигнал устайавливает в счетчике 14 код 2, соответствующий ввеll. дению в него tt импульсов частоты генератора <о.

После окончания интервала времени

1а1чинается второй такт работы системы, заключающийся в интегрировании измеряемого напряжения Ох Для этого программный блок 11 вырабатывает втоюй управляющий сигнал, который открывает ключ 4, элемент

13 И (ключ 3 остается открытым после пер17667 4

Предложенный способ реализован в устрой стве, изображенном на фиг, 1, а на фиг. 2 представлена временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство состоит: из источника 1 измеряемого напряжения; ключей 2,3,4,5,6 и 7 для коммутации напряжений; интегрирующего, 5 7 ного такта). К точке "а" схемы прикладывается напряжение интегрирования Осум. А поскольку паразитная емкость С„уже заряжена до Uc, то напряжение интегрирования только поддерживает напряжение на емкости на насыщенном линейном участке экспонен- ты заряда емкости Ск. Поэтому паразитное действие емкости кабеля Ск становится аналогично действию активной нагрузки, то есть

Ск вносит аддитивную составляющую погрещности, которая может бь1ть учтена или леА жать за пределами чувствительности схемы.

После открывания ключа 4 начинается процесс заряда интегрирующего конденсатора 8 по цепи: источник измеряемого напряжения, ключ 4, конденсатор 8, кабель 15, ключ 3 и выход источника измеряемого напряжения.

Одновременно счетчик по команде с про граммного блока 11 начинает эацолняться стабильной частотой fz, поступающей с генератора через элемент 13 И. После переполнения счетчика 14, последний импульс с генератора 12 сбрасывает его в нуль и проходит иа соответствующий вход программного бло- ка 11. На этом заканчивается второй такт работы системы. Интервал времени В> во втором такте оказывается интервалом интегрирования, который во всех циклах постоянен, Но амплитуда напряжения 0»ц«1» на«опления на интегрирующем конденсаторе 8 будет пропорциональна 0„;.

Третий такт работы устройства как и первый заключается в подготовке кабеля к следующему такту интегрирования, то есть перезарядке собственной емкости кабеля С« до напряжения начальных условий, равного нацряжению интегрирования, которое будет действовать в четвертом такте. Напряжение подготовки должно быть той же полярности, что и напряжение интегрирования в четвертом такте и необходимо для перезаряда соб ственной емкости С„до напряжения Оо.

В третьем такте после сброса счетчика 14 программный блок 1! формирует управляющий сигнал на третьей шине. Ог«рывается «iuo

5 и ключ 6 через элемент 10 ИЛИ, кабель и триггер 16. К точке "а" схемы прикладывается напряжение Uo и. собственная емкость кабеля Ск перезаряжается по цени: U, емкость 8, ключ S, резистор 17, кабель, ключ

6 и шина нулевого потенциала. Земля. Так, как время перезаряда собственной емкости кабеля Ск для данного типа кабеля постоянно, то оно как и в первом такте задается программным блоком 11. По окончании времени перезаряда Ск программный блок

11 формирует управляющий сигнал иа четвертой шине, Начинается четвертый такт ра17667 6 бОты системы, который заключается в разря-, де емкости 8 напряжением 0о по, цепи: ключ 7, емкость 8, резистор !7, кабель, ключ 6 и точка нулевого потенциала; для чего программный блок !1 формирует им5 пульс на четвертой шине и открывается ключ 7, ключ 6 остается открытым после третьего такта. Одновременно с началом разряда емкости 8 по команде с программного блока 11 открывается элемент 13 И и счетчик, начинает заполняться частотой fo.

При достижении . равенства кулю напряжения на емкости 8 срабатывает нуль-орган 9 и формирует импульс для закрытия элемента 13 Й через программный блок 11. Элемент 13 И закрывается и счетчик прекращает

- работу.

На этом заканчивается четвертый такт и цикл преобразования измеряемого напряже20 ния. Количество импульсов и накопленное на счетчике 14 за время t+ будет пропорционально измеряемому напряжению.

Таким образом, введением двух тактов подготовки устраняется влияние собственной ем25 кости кабеля, в результате чего повышается точность телеизмерений и как следствие увеличивается быстродействие так как в известных способах телеметрии для достижения тех же целей требуется большее число

ЗО тактов.

Формула изобретения

Способ измерения напряжений для проводной телеметрии, основанной на двухтактном интегрировании, при котором в первом такте интегрируют измеряемое напряжение в течение заданного интервала времени, а во втором такте интегрируют опорное на.пряжение с обратным знаком до достижения нулевого уровня и фиксируют время интег40 рирования во втором такте, о т л и ч а юшийся тем, что с целью повышения точ. ности за счет исключения влияния паразиткой емкости проводных соединений и повыптения быстродействия, перед первым тактом интегрирования задают напряжение на45 чальных условий, равное сумме измеряемого и опорного напряжений, а перед вторым тактом интегрирования напряжение начальных условий устанавливают равным опорному напряжению, ио с противоположным знаком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шляндин В. М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, М., "Энергия", 1967, с. 192-195, 2. Авторское свидетельство СССР 1! 327456, кл. G 05 0 23/24, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР 1! 458849, кл. G 05 0 23/24, 1976 (прототип).