Аналого-цифровой преобразователь сигнала мостового датчика

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 119) (И) 3 К 13 ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫ ПО ДЕЛАМ ИЗОБ РЕТЕНОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТ аидетельст е- Рю:(72) А.А. Асеев и В,П.;Баранов (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательНых машин, приборов и средств измерения масс(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 813773, .кл. Н ОЗ К 13/20,31.03,78.2. Авторское свидетельство СССР .В. 782150, кл. Н .03 К 13/20, 27.12.78 (прототип).(54) (57); АНАЛОГО ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛА МОСТОВОГО ДАТЧИКА, содержащий мостовой .датчик, измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующего усилите-. ля, а диагональ питания -.к выходу блока питания датчика, источник опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока питания датчи-. :ка, интегратор, первый резистор, второй и третий резисторы, включен.ные последовательно между выходом истдчннка опорного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный между общейточкой первого и третьего р зистдров и общей шиной, компаратовход которого подключен к выходу интегратора, тактовый генератор, О-триггер, О-вход которого подключен к выходу,компаратора, а С-вход к выходу тактового генератора, элемент И, первый вход которого подключен к выходу О-триггера и к управляющему входу ключа, а второй вход . - к выходу тактового генератора, и цифровой. накопитель, вход которого подключен к выходу элемента И, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены делитель частоты, счетный триггер, Формирователь интервала времени и Фазочувствительный демодулятор,вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, Е а выход через первый резистор под-. ключен к входу интегратора, причем вход делителя частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход - к входу счетного триггера и к входу формирователя интервала време- Я 1 и, выход которого соединен с третьим входом элемента И, при этом установочный вход цифрового накопителя соединен с инверсным выходом счетного триггера, прямой и инверсный вы 1 ходы которого. подключены соответст.венно к первым и вторым управляющим.входам блока питания датчика и Фазо. чувствительного демодулятора.Изобретение относится к измерительной технике и системам управления и может быть использовано в устройствах измерения неэлектрических величин, а также как устройство сопряжения первичных преобразователей с вычислительным комплексом.Известен преобразователь сигнала мостового датчика, в котором напряжение, накопленное на интеграторе от измеряемого напряжения, компен-. 10 сируется .опорным напряженйем за один цикл ипи несколько периодов тактовой частоты Г 13Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования эа счет дрейфа напряжения смещения.Известен также аналого-циФровой преобразователь сигнала мостового датчика, содержащий мостовой датчик, измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующего уси-, лителя, а диагональ питания - к выходу блока питания датчика источник опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока питания датяика, интегратор, первый . резистор, второй и третий резисторы, включенные последовательно между выходом источника опорного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный .между общей точкой второго и третьего резисторов и общей шиной, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, тактовый генератор,: О-триггер, О-вход которого подключен к вы-,35 ходу компаратора, а С-вход - к выходу тактового генератора, элемент И,. пер-; вый вход которого подключен к выхо" ду О-триггера и к управляющему входу, ключа, а второй вход - к выходу так"40 тоэого генератора, и цифровой нако-питель, вход которого подключен к выходу элементаИ 23Недостатком указанного преобразо-, вателя является наличие погрешности 45 обусловленной неполной компенсацией напряжения смещения масштабирующего усилителя.Цель изобретения -.повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-циФровой преобра зователь сигнала мостового датчика, содержащий мостовой :датчик,измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующего усилителя, а диагональ питания - к выходу блока питания датчика, источник опорного напряжения,. выход которого подключен к входу блока питания датчика, интегратор, первый резистор, 60 второй и третий резисторы, включенные последовательно между выходом источника опорного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный между общей точкой первого и.третьего ре-., 65 зисторов и общей шиной, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, тактовый генератор; О-триггер, О-вход которого подключен к выходу компаратора, а С-вход - к выходу тактового генератора, элемент И, первый, вход которого подключен к выходу О-триггера и к управляющему входу ключа, а второй вход - к выходу тактового генератора, и цифровой накопитель, вход которого подключен к выходу элемента И, введены делитель частоты, счетный трйггер, формирователь интервала времени и фазочувствительный демодулятор,вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, а выход - через первый резистор подключен к входу интегратора, причем вход дели теля частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход через первый резистор подключен к входу интег ратора, причем вход делителя частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход - к входу счетного триг. гера и к входу формирователя интервала времени, выход которого соединен с третьим входом элемента И, при этом установочный вход цифрового накопителя соединен с инверсным вьиодом счет" ного триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым и вторым управляющим входам блока питания датчика и Фазочувствительного демодулятора.На чертеже представлена функцио" нальная электрическая схема предлагаемого преобразователя.Преобразователь сигнала Садержит мостовой датчик 1, диагональ питания которого подключена к выходу блока 2 питания датчика. Вход блока 2 подключен к выходу источника 3 опорного напряжения. Измерительная диагональ мостового датчика 1 подключена к входу масштабирующего усилителя 4, выход которого соединен с входом Фазочувствительного демодулятора 5. Выход последнего через резистор 6 соединен с входом интегратора 7, к которому через резиаторы 8 и 9 подключен также выход истОчника 3. Общая точка резисторов 8 и 9 .соединена с общей шиной через ключ 10. К выходу интегратора 7 подключен вход компа" ратора 11,выход которого соединен с О-входом О-триггера 12. Выход последнего подключен к управляющему входу ключа 10 и к первому входу элемента И 13, второй вход которого соединен с входом счетного триггера 12, с выходом тактового генератора 14и с входом делителя 15 частоты. Выходпоследнего подключен х входу счетного триггера 1 б и к входу Формирователя 17 временного интервала, выход которого соединен с третьим входом элемента И 13, К выходу последнегоподключен. вход цифрового накопите.ля 18, установочный вход которогоподключен к инверсному выходу триггера 16. К прямому н инверсномувыходам триггера 16:подключены соответственно первый к вторые управляющие входЫ блока 2 питания и фазочувствительного демодулятора 5. Циф.ровой накопитель 18 выполнен на фор.мирователе 19 импульсов сброса, эле-.мента 20 задержки, счетчике 21 и. Юрегистре 22.Преобразователь работает следующим образом.Напряжение с ксточйика 3 опорного напряжения поступает на блок 2 15питания, а затем - на диагональ пи"тания мостового датчика 1, разбаланс которого пропорционален измеряемой величине. В результате на выходе.мостового датчика 1 появляется. . 2 Осигнал, который усиливается усилителем 4 и поступает на вход фазочувствительного демодулятора 5,.с выходакоторого напряжение поступает через.резистор 6 на вход интегратора 7, .25В Результате этого напряжение на выходе .интегратора 7 нарастает и в.определенный момент переходит нулевой уровень, тогда кощаратор 11 иэменыт .свое состояние на противопо-. " .ложное н дает сигнал разрешения на ЗО0-вход триггера 12, который срабатывает.от первого, следующего послеэтого импульса, поступающего на тактовый вход триггера 12 с тактовогогенератора 14. С выхода триггера 12 35осуществляется управление временемпоступления напряжения с источника 3опорного напряжения через последовательно соединенные резисторы 8 к 9 пу. ного знакопеременного напряжения в. напряжение одной полярности, что необходимо для работы интегратора 7 путем подачи сигнала на ключ 10, Заряд интегратора, таким образом, компенсируется опорным напряжением за:один .нли несколько периодов частоты. тактового генератора 14. При увеличении входного напряжения увеличивается и скорость накопления.его кнтегратором 7, а значит, и частотасброса этого напряжения опорнымнапряжением, которая через элементсовпадения синхронкзкруется с тактовой частотой и поступает на вход 50цифрового накопителя 18,Одновременно чдстота с тактовогогенератора.14 поступает на делитель15 частоты, а с него - на счетныйвход триггера 16., которые формируют .55,два равных полупериода времени кз 1 мерення частоты. Триггер 16, имев-щий на выходах два равных полуперко.сда времени измерения, производиткак изменение полярности выходного напряжения блока 2 питания и пнтанкя мостового датчика 1, так к управле+нне фаэочувствктельйым демодудятором 5, Фазочувствительный демодулятор 5 п преобразование вход- щ и. компаратора 11. Переходные процессы, возникающие в преобразователе при переключении, вызванные как наличием линий связи между мостовым датчиком 1, блоком 2 питания и масштабирующим усилите=.лем 4, так и ограниченным быстродей-.ствием элементов преобразования, учитываются введением формирователя 17интервала времени, при этом послекаждого переключения полярности питания мостового датчика 1 происходитзапирание элемента И 13 на время,определяемое формирователем 17 интервала времени, выходные импульсыкоторого в этот интервал временине поступают в цифровой накопитель 18. Интервал времени для компенсациивлияния. переходных процессов определяется быстродействием преобразователя в целом к может быть выбран достаточно малым,Цифровой накопитель 18 работает следующим образом. В счетчик 21 за время измерения,состоящее из двух равных полуперио дов, поступают импульсы с выхода элемента И 13, после чего происходит перезапись с накопленного за зто время в счетчике кода в регистр 22 одним из фронтов выходного сигнала триггера 16 через Формирователь 19 импульса сброса. Через время, определяемое элементом 20 задержки, происходит сброс счетчика 21, а навыходе регистра 22 присутствует выходной код, равный сумме измерений за два равных полупериода времени измерения.Таким образом, при сложении в цифровом накопителе 18 результатов преобразования двух равных полупериодов времени измерения,.т,е. при С=.=г, при которых получается сладующее Н, -С(цс+ 1 ; И =С(0,-Ъ, )г;ЙФ+Й.=С(Ос+се +вс "1 см)с=2 СР 3 сувеличивается точность преобразования эа счет компенсации напряжения смещения .и его дрейфа по сравнению с известными преобразователями. Введение компенсации адцитивных составляющих погрешности позволяет уменьшить дрейф напряжения смещения до уровня 0,02-0,04 мкВ/град., что составляет 0,0005-0,001%. Использование предлагаемого преобразователя в образцовых тенэорезисторных динамометрах 3-го разряда позволяет заменить существующие механические динамометры. При этом годовой экономический эффект. составляет 240,1 тыс, руб. на 100 шт. динамометров.Подпиеноетета СССРкрытий ьнаб., д".-4 Л каз 5642/58 Тираж 936 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушскаяилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,Число импульсов, поступающих на счетчик 21 в первый полупериод времени измерения, пропорционально сумме входного напряжения и напряжения смещения масштабирующего усилителя 4, а число, поступающее во второй полу- период - разности этих напряжений. Таким образом, суммарное число, записанное в счетчике эа оба полупе"риода, не зависит от напряжения смещения и тем самым исключается погрешность, обусловленная влияниемэтого напряжения. Таким образом, изобретение позволяетповысить точность преобразования.