Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код

ОП ИСААКИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИВЛЬСТВУ(22) ЗаЯвлено 20, 12.76 (21) 2434130/18-21 Саоз Советскнх Соцналнстнцескнн Реслублнк(и)639440 1)М, Кл,Ноз К 13 Я единением заявкиГосударственный комитет Совета Министров СИР ао делам изобретений н открытий(45) Дата опубликования описания 28.12,7854) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕ 1 ТРИЧЕ ВЕЛИЧИН В 11 ИФРОВОЙ КОД 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 (МД.М) 11. Недостатком такого устрося низкое быстродействие зания полосы пропускания усии переходных процессов в фикроме того, применение усиписопровождается дополнитепьнчением шума (помех) за счения сигналов управления МДМзитные емкости модуляторовмонтажа. йства являет- счет сужелителей МЙМ льтрах, ателей МДМ тм увели- йроникновечерез парали емкости верше Цеовьпп 1Предлагаемое изобретение относится к области измерений неэлектрических величин электрическими методами с помощью мостовых тенэорезисторных 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.1 о свид, % 544127, содержаший блок питания, датчик нагрузки, соединенный через масштабный усилитель, резистор и измерительный ключ со входом интегратора, вы 15 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 уп 2 О равнения, а выходы - с управляющими входами ключей опорного напряжения, составной дифференциальный усилитель с двухфазным выходом, соединенный через ный преобразователь является усотвованием известного устройства. пью настоящего изобретения является ние точности преобразования.Поставленная цепь достигается тем, что в устройство по авторскому свидетепьству М 544127, содержащее блок питания, датчик нагрузки, соединенный через масштабный усипнтепь 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 управпения, а вь 1 ходы - с управляющими входами ключей опорного напряжения; составной дифференциальный усилитель с двухфазным15 выходом, соединенный через резисторы обратной связи со своими инвертирукицими входами, резистор установки нуля датчика введены переключатель попярности напряжения, триггер и элемент совпадения, один вход которого соединен с выхо-, дом компаратора, другой вход элемента совпадения. соединен с выходом блока управпения, выход эпемента совпадения соединен со счетным входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно, перекпючатепя попярности напряжения, третий и четвертый входы которого соединены с разнопопярными выходами блока питания, выходы перекпючатепя полярности напряжения подключены к первому и второму входам усилителя постоянного тока и к одной из диагоналей датчика, нагрузки, и кроме того, перекпючатепь полярности напряжения выполнен в виде мостовой схемы на четырех трайзисторахразнойпропроводимости.На чертеже представпена функциональная схема устройства.4 П Преобразоватепь неэпектрических ве- личин в цифровой код содержит: датчик 1 нагрузки; масштабный усипитепь 2, усилитель 3 постОЯИИОГО тока резистор 4 5 кпюч 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 менты 15 16 совпадения; блок 17 компенсации несимметрии; резистор 18 установки начапьного разбапанса; резистор 19; бпок 20 питания; перекшочатепь 21 попярности напряжения; триггер 22, тран 55 зисторы 23, 24 одной проводимости;транзисторы 25, 26 другой проводимости, резисторы 27, 28. Работает устройство следующим образом.Выходной сигнал с датчика 1 нагрузки усиливается масштабным усипитепем 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 То достигает опредепейного значения. По окончании То бпок 12 управления закрывает ключ 5 измеряемого напряжения и открывает один из кпючей 9 ипи 10 компенсации через триггер 14 полярности и элементы 15, 16 совпадения. Тогда напряжение компенсации с выхода усипитепя 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 нупевой уровень компаратор 11 выдает сигнал об окончании одного полуцикпа преобразования и закрывает ключи компенсации 9, 10, Интервал времени, в течение которого быпи открыты кпючи 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 от действия выходного сигнапа датчика 1 нагрузки, но и от действия дрейфа масштабного усипитепя 2 и среднего значения амппитуаы помех и в первую очередь в его входной цепи, Поэтому в выходном сигнале интегратора 6, а поспе преобразования и в полученном интервале времени 1содержится некоторая ошибка. После окончания первого попуцикпа преобразоиация сигнал с компаратора 11 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 попярВОсть напряжения питания датчика 1 на в грузки поменялась на противоположную, 639140а значит изменилась полярность выходного сигнала датчика 1 нагрузки н компенсационного напряжения на выходе усилителя3 постоянного тока. Прн этом полуциклпреобразования повторится, но уже при 5другой полярности измеряемого н опорногонапряжения.Так как величина и амплитуда дрейфамасштабного усилителя 2, усилителя 3постоянного тока и интегратора 6 не за Ьвисит от полярности и величины входногосигнала, то действие дрейфа будет противоположным первому полуцнклу преобразования,Так, если, налример, дрейф масштабного 15усилителя 2 увеличивал результирующеенапряжение на его выходе на величину8 то при перемене полярности выходногосигнала мостовой схемы на противоположную, дрейф масштабного усилителя 2 будетуменьшать по абсолютной величине результирующее напряжение на его выходе навеличину Во . Если величина дрейфа усилителей не успевает заметно изменитьсяза время между двумя полупиклами, топроисходит практически полная компенсация дрейфа масштабного усилителя 2,усилителя 3 постоянного тока и интегратора 6.Полная компенсация дрейфа проявляет-Зфся при измерении уже суммарного интервала времени за два или любое четноечисло полуциклов преобразования,Компенсационные свойства предложенФ 5ного устройства по отношению к помехамвходной цепи масштабного усилителя 2проявляются аналогичным образом. Помеханаведенная во входную цепь масштабногоусилителя 2 также ни по амплитуде, нипо фазе не зависит от сигнала мостовой40схемы. В результате интегрирования измеряемого сигнала дополнительная ошибкаот действия помехи может составить какуюто величину С лДля синусоидального сигнала это может означать, что время ин 45тегрирования То не равно периоду помехи Т, поэтому при То 1 Тк велнчина 0 Ибудет одного знака, а при Т сТ,-другогознака, Так как величина помехи между50двумя полуцнкпами преобразования мало .изменяется по амплитуде и еше меньшепо частоте, то величина Ю остаетсяпрактически постоянной и ее влияние напогрешность преобразования, аналогично55дрейфу определяется знаком измеряемогонапряжения.Если в одном из полуциклов преобразования среднее значение номвси приводит к увеличению интервала времени в течениекоторого открыты ключи компенсации, товследующем полуцикле, прн смене полярности измеряемого напряжения на противоположную, значение этого интервалавремени уменьшится на точно такую жевеличину.Таким образом компенсационные свой-ства предложенного устройства тем выше,чем меньше время преобразования одногополуцнкла, а значит беэ применения фильтров н сложных усилителей с модуляциейн демодуляцией достигается более высокаяточность н быстродействие преобразованиянеэлектрнческнх величинтенэореэисторными датчиками,Упрощение переключателя 2 1 полярности достигается тем,что в мостовойсхеме из транзисторов разной проводимости управляющее напряжение в противофазе подается только на два транзистораодной проводимости, например, на транзисторы 23 и 24 от триггера 22. Вторая пара транзисторов одной проводимости управляется с коллектарных цепейчерез резисторы 27 н 28. При этом,если открыт транзистор 23, то резистор28 соединяется с нижней шиной и подаетток в базу транзистора 26, который тотчас открывается. И наоборот, если открыттранзистор 24, то одновременно открывается транзистор 25.Такое соединение транзисторов упрощает управление датчиком нагрузки иисключает закорачивание блока 20 питания накоротко, так как открывание рдновременно транзисторов 23, 25 или 24,26 невозможно. Таким образом, в результате введения переключателя полярности н цепи его управления, влияние напряжения дрейфа усилителей постоянного токе и синусоидальной помехи в выходной цепи датчика, уменьшено за счет суммирования двух или четного числа следующих друг эе другом измерений. Измеряемый сигнал датчика меняется только по своей полярности, оставаясь таким же по амплитуде, но в сравнении с дрейфомусилителей,и средним за время иктегрирования значением напряжения помехи, в одном случае мы имеет суммирование, в другом - вычита иие сигналов по результатам измерения. Таким образом результат измерения уже не содержит, или содержит в меньшей степени, составляющие. наиряжеииа дрейфа и помех..639140 Составитель Л. Плетнева цен Техред О, Андрейко Корректорасенко аз 7302/47ЦНИИПИ Г Тираж 1044 Поднисноеосударственного комитета Совета Мпо девам изобретений и открытнй 3035, Москва, Ж 35, Раушская наб. истров СССР ап ППП фПатент Ужгород, уп. Пр Синхронное с частотой помехи измерение позволяет практически полностью исключить ее влияние на результат измерения.5 Формула изобретения 1, Преобразователь неэпектрических вепичин в цифровой код по авт. свид. О %544127, о т и и ч а ю щ и й с я тем, что, е цепью повышения точностк преобразования, в него введены переключатель полярности напряжения триггер и опемент совпадения, один вход которого 15 соединен с выходом компаратора, а другой вход элемента совпадения соединен с выходом бпока управления, выход элемента совпадения соединен со счетным20 входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно, переключателя полярности напряжения, третий и четвертый входы котора го соединены с раэнопопярными выходами блока питания, выходы перекиючатепя полярности напряжения подключены к первому и второму входам усилителя постоянного тока и к одной иэ диагоналей даъчика нагрузки,2, Устройство по и, 1, о т л н 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 Мо 544127, кп, Н 03 К 13/20, 1975.