Функциональный преобразователь

(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении систем автоматизированного контроля. Функциональный преобразователь содержит источник опорного напряжения 1, запоминающие конденсаторы 4, 9, операционный усилитель 5, интегрирующий конденсатор 10, блок выборки-хранения 6, шесть ключей 2, 3, 7, 8, 12, 13, блок синхронизации 11. Изобретение обладает высокой точностью за счет устранения погрешности, обусловленной наличием напряжения смещения операционного усилителя, 2 ил.(71) Киевский политехнический институт им.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(56) Авторское свидетельство СССРВ 905878, кл, О 01 В 27/26, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 679997, кл. О 066 7/26,1977,юд ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ЬНЫЙ ПРЕОбРАЗОВАИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении систем автоматизированного контроля.Известны функциональные преобразователи, используемые в измерительной технике например, авт,св, СССР М 864185, кл, 6 01 Я 27/26, 1981; М 894856, кл, Н 03 К 13/02, 1981; М 679997, кл, 6 06 6 7/26, 1979),5 0 Устройства по авт,св, М 864185, 894856 содержат источник опорного напряжения,ключи, интегратор. блок выборки-хранения,устройство управления.Устройство по авт.св. М 894856 преобразует разность электрических емкостей двух конденсаторов в код и в широтно-модулированный сигнал, В устройстве по 20 авт,св, И. 864185 осуществляется допусковый контроль емкости конденсаторов за счет сравнения с образцовыми конденсаторами. Все указанные устройства в процессе преобразования входных величин в выход ные реализуют интеративно-интегрирующий метод преобразования, благодаря чему при относительной простоте и невысоких требованиях к параметрам большинства входящих в их состав блоков они обладают 30 довольно высокой точностью преобразования, Однако их общим недостатком является инструментальная погрешность, возникающая из-за напряжения смещения на входе операционного усилителя. 35 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство по авт.св, М 679997, содержащее интегратор, ключи, блок выборки-хранения, 40 источник эталонного напряжения, блок управления, накопительные конденсаторы. Устройство представляет собой функциональный преобразователь, осуществляющий преобразование произведения 45 отношения емкостей двух конденсаторов и отношения двух зависящих от параметров входных широтно-импульсно-модулированных сигналов экспоненциальных членов в напряжение постоянного тока, Данное уст ройство, как и описанные. выше, реализует интеративно-интегрирующий метод преобразования, что обеспечивает ему при сравнительной простоте аппаратур ной реализации достаточно высокую точность 55 преобразования, Однако напряжение смещения на входе оперативного усилителя вносит погрешность в функцию преобразования, Так, выходное напряжение преобразователя после первого цикла составляетых С 1жение ис ника опорногощения на входе где Ео - напря точнапряжения;Осм - напряжение смеоперационного усилителя;С 9 и С 1 - емкости конденсатоКп - коэффициент передачи сборки-хранения;Он - напряжение на выходвателя до начала работы;С 1 о - емкость конденсатора 10После окончания и-го цикла ров 9 и 1; хемы вые преобразоОвыхп1 -С 1 1=1 Кп С 10 1-1 + 1 Кп С 1 оп С 1 С 1 В результате выходное напряжение пр азователя определяется выражениемОвых =С 10 Таким образом, функция преобразования зависит от напряжения смещения на входе операционного усилителя, что является недостатком.Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет устранения погрешности, обусловленной наличием напряжения смещения операционного усилителя.На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временная диаграмма работы блока синхронизации.Функциональный преобразователь содержит включенные последовательно источник опорного напряжения 1, ключи 2 и 3, запоминающий конденсатор 4, подключенный первой обкладкой к ключам 2 и 3, включенные поСледовательно операционный усилитель 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок выборки-хранения 6, выход которого подключен к выходу устройства, ключи 7 и 8, запоминающий конденсатор 9, подключенный первой обкладкой к ключам 7 и 8, интегрирующий конденсатор 10, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя 5, и блок синхронизации 11, подключенный выходом Ф 1 к управляющим входам ключей 3 и 8, выходом Ф 2 - к управляющему входу ключа 2, выходом Ф 3 - к управляющему входу ключа 7, а выходом Ф 4 - к входу управления блока выборки-хранения, ключ 12, подключенный к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя 5, а также к второй обкладке конденсатора 9 и выходу Ф 1 блока 11, и ключ 13, подключенный к выходуоперационного усилителя 5, второй обкладке конденсатора 10 и выходу Ф 1 блока 11, причем вторые обкладки конденсаторов 4 и 9 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 5, а ключи 3 и 8 подключены к общей шине устройства.Функциональный преобразователь работает циклично. В каждом цикле блок 11 в соответствии с фиг,2 формирует четыре управляющих сигнала Ф 1, Ф 2, ФЗ, Ф 4. По сигналу Ф 1 ключи 3, 8 и 12 замыкаются, а ключ 13 размыкается, По сигналу Ф 2 замыкается ключ 2, а по сигналу ФЗ замыкается ключ 7. По сигналу Ф 4 замыкается ключ блока 6 выборки-хранения - осуществляется выборка и запоминание выходного напряжения операционного усилителя 5 блоком выборки-хранения 6, Таким образом, конденсатор 4 сначала заряжается до напряжения Осм, а затем перезаряжается до напряжения Ео - Осм. В результате пере- заряд связан с изменением заряда, равного ЕоСа, где Са - емкость конденсатора 4, и не зависит от Осм, Этот заряд передается на конденсатор 10, Аналогично конденсатор 9 предварительно заряжается до напряжения Осм, а затем перезаряжается до напряжения Овых - Осм, При этом на конденсатор 10 передается заряд, равный ОвыхС 9, не зависящий от Осм,Пусть перед началом первого из рассматриваемых циклов выходное напряжение блока выборки-хранения б равно Он, а управляющие сигналы Ф 1, Ф 2 и ФЗ имеют длительность, достаточную для полного заряда и разряда конденсаторов 4 и 9. В первом цикле работы после подачи управляющего сигнала Ф 1 операционный усилитель 5 превращается в повторитель напряжения, а конденсаторы 4 и 9 заряжаются до уровня напряжения смещения операционного усилителя 5, ключ 13 размыкается и препятствует разряду конденсатора 10, По сигналу Ф 2 перезаряжается конденсатор 4, в результате чего конденсатору 10 сообщается заряд СаЕо, По сигналу ФЗ перезаряжается конденсатор 9, в результате чего конденсатору 10 сообщается заряд С 9 Овых. По сигналу Ф 4 осуществляется выборка выходного напряжения операционного усилителя 5 с последующей подачей этого напряжения на выход устройства. В результате после окончания цикла выходное напряжение блока выборки-хранения 6 станет равнымЕо Сх + О Он Сэ Ео Сх + ОСпСп Спгде Сх и Св - емкость конденсаторов 4 и 9 соответственно; Сп - емкость конденсатора 10;Сэ0=1 -- .,Сп "После окончания второго циклаЕо Сх+О О 1 СэОг= +О 1 -Сп СпЕо Сх (1 С 1) ОдгСпПосле окончания и-го цикла10Ео Ск С 1-1+ О пСПоследнее выражение состоит из двух слагаемых, первое из которых является геомет 15 рической прогрессией со знаменателемпрогрессии, равным С 1, сходящейся при выполнении условия 01. 0 убывает помодулю при выполнении этого же условия ипри и -+ со члена ОО". Используя формулу20 для определения суммы бесконечного числачленов геометрической прогрессии, можноопределить выходное напряжение блокавыборки-хранения 6 в установившемся режиме в следующем виде:25 О Ео Сх 1 Е Сх1-0Блок синхронизации представляет собой включенные последовательно генератор, счетчик и дешифратор.30 Следует обратить внимание, что функция преобразования данного устройства независит от напряжения смещения операционного усилителя 5, что позволяет осуществить преобразование с более высокой35 точностью. Так, к примеру, если в устройстве употреблен операционный усилитель типа 544 УД 2 А, имеющий дрейф напряжениясмещения, равный ТКОсм = 50 мкВС, топри входном напряжении Ео = 0,1 В и при40 изменении температуры на 10 С э 1 о привело бы к погрешности, равнойЕо+ Осм) Са = - (-Овых + Осм Со,Са СаОвых = Ео - + 2 Осм - ,С 9 С 945абсолютная погрешностьУ20 см Ьт2 50 10 1050 х 100 = 1 .Изобретение позволяет повыситьточность преобразования. Благодаря повышению точности предлагаемый преобразователь может быть использован ввысокоточных преобразователях емкостиили отношения двух емкостей в напряжение.Формула изобретенияФункциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения,Т,Палий Тираж Подписное1ственного комитета по изобретениям и открытиям при113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3458 ВНИИПИ Гасу НТ ССС 1Производственйо-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 14 / четыре ключа, блок выборки-хранения, выход которого является выходом преобразователя, операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя, два запоминающих и интегрирующий конденсаторы, блок синхронизации, источник опорного напряжения соединен через первый ключ с первой обкладкой первого запоминающего конденсатора, которая подключена к первому выводу второго ключа, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход соединен с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом преобразователя и через третий ключ соединен с первой обкладкой второго запоминающего конденсатора и первым выводом четвертого ключа,управляющие входы первого, второго, третьего ключей и блока выборки-хранения соединены с соответствующими выходами блокасинхронизации, отл ича ющийся 5 тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены пятый и шестой ключи, управляющие входы которых соединены соответственно с управляющими входами второго и четвертого ключей, 10 инвертирующий вход операционного усилителя соединен с вторыми обкладками первого и второго запоминающих конденсаторов и через пятый ключ - с выходом операционного усилителя, выход которого через шес той ключ соединен с второй обкладкойинтегрирующего конденсатора, вторые выводы второго и четвертого ключей соединены с общей шиной преобразователя,