Времязадающее устройство

.Ял Ть . ъы" фень .1 Ы эбттнатена МЬА 1111682963 О П И С А НИ Е Союз Советских Социалистических Республикпо делам изобретений и откйытийДата опубликования описания 30.08.79(71) Заявитель Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А, Н. Туполева(54) ВР 1:.МЯЗАДА 1 ОЦЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в импульсной и вычислительной технике, а также в системах автоматического управления и регулирования для формирования длительных временных интервалов и преобразования аналоговых сигналов в код.Известны времязадающие устройства, содержащие электрохимические интеграторы с зарядно-разрядными цепями, выходы которых через контакты реле блока коммутации подключены к пороговому усилителю, контакт выходного реле которого включен на входе блока коммутации, элемент задержки с выходом на реле, контакт которого включен в цепь заряда одного из электрохимических интеграторов, а вход элемента задержки соединен с блоком коммутации 1.К недостаткам этих устройств относятся невысокая точность и стабильность.Известны времязадающие устройства, содержащие электрохимический дискретный интегратор, коммутатор, одновибратор, пороговый каскад, дпфференцирующую цепь, ключ 2.Указанные устройства имеют недостаточную точность и надежность,Цель изобретения - повышение точности и надежности,С указанной цел ю в устройство, содержащее электрохимический дискретный интегратор, электрод склад которого соединен со средней заземленной точкой источ ника питания, а рабочий электрод черезкоммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу одновибратора, подсоединен к разноименным полюсам источника питания, пороговый каскад, дифференциру О ющую цепь, включенную через ключ междувыходом устройства и управляющим входом одновибратора, введены дифференциальный усилитель с источником смещения на неинвертирующем входе и истоковым повторителем на инвертирующем входе, цепь диодно-резпсторной обратной связи, включенная между выходом дифференциального усилителя и входом истокового повторителя, вход которого соединен с рабочим электродом электрохимического интегратора, блок задержки, подключенный через дополнительную дпфференцирующую цепь к выходу порогового каскада.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство содержит электрохимическийдискретный интегратор 1, коммутатор 2, одновибратор 3, источник 4 питания, пороговый каскад 5, дифференцирующую цепь 6, 30 ключ 7, дифференциальный усилитель 8, источник 9 смещения, истоковый повторитель 10, диодно-резисторную цепь из диода 11 и резистора 12, являющуюся цепью отрицательной обратной связи, блок задержки, выполненный, например, в виде одновибратора 13, дополнительную дифференцирующую цепь 14, токоогранпчивающие резисторы 15 и 1 б.Работает устройство следующим образом.В режиме одиночного запуска элемента ключ 7 разомкнут, В исходном состоянии одновибратор 3 находится в ждущем режиме, при котором электрохимический дискретный интегратор 1 с помощью коммутатора 2 соединен черсз резистор 1 б с отрицательным полюсом источника питания, интегрируемый ток считывания через интегратор 1 протекает (пока условно) в направлснии от электрода склад (С-электрод) к рабочему Р-электроду, Под действием этого тока все электроактивное вещество накапливается и в выходном состоянии хранится на С-электроде, интегратор выдерживается в состоянии отсечки, при котором отрицательное по знаку напряжение на Р-электроде ДИ и входе истокового повторителя 10, усиленное по величине и инвертированное по знаку с помощью дифференциального усилителя 8, выше уровня срабатывания порогового каскада 5, вследствие чего последнее находится в сработанном состоянии, а одно- вибратор 13 - в ждущем. На входе истокового повторителя 10 напряжение гораздо ниже выходного напряжения дифференциального усилителя 8, поэтому диод 11 открыт (его р - и-переход смещен в прямом направлении) и через резистор 12 и интегратор 1 в направлении от Р-электрода к С-электроду протекает ток обратной связи, полностью компенсирующий ток считывания от источника 4 питания.В исходном состоянии реле времени может находиться сколь угодно долго благодаря эффективной защите интегратора от перегрузки и устойчивому состоянию всех элементов устройства.В момент запуска реле, например, от кнопки запуска происходит срабатывание одновибратора 3, который на время своего импульса с помощью коммутатора 2 отсосдиняет Р-электрод интегратора 1 от отрицательного полюса источника 4 питания и подключает его к положительному полюсу. В момент подключения напряжение на Р- электроде интегратора возрастает от отрицательного напряжения отсечки до положительного рабочего, которое с выхода истокового повторителя усиливается и инвертируется дифференциальным усилителем 8, В результате диод 11 запирается (его р - и- переход смещается в обратном направлении), разрывая тем самым цепь отрицательной обратной связи. Выходное напряжение дифференциального усилителя 8 становится б о б 20 25 30 Зб 10 15 50 60 бд ниже уровня срабатывания порогового каскада 5, последнее переходит в ждущее состояние, однако при этом ждущий режим одновибратора 13 не меняется.В течение импульса одновибратора 13 через интегратор 1 протекает только ток задания от положительного полюса источника 4 питания через резистор 15 в направлении от Р-электрода к С-электроду, под действием которого на Р-электрод интегратора наносится количество электроактивной массы, строго пропорциональное протекшему при задании (заряде) количеству электричества.Процесс считывания начинается с момента окончания импульса одновибратора 3, когда коммутатор 2, отсоединив Р-электрод интегратора от положительного полюса источника 4 питания, снова подключает Р- электрод к отрицательному полюсу, В момент подключения напряжение на Р-электроде падает с положительного рабочего (не более +0,1 В) до отрицательного рабочего (не более - 0,1 В) значения и остается таковым до конца процесса считывания. Благодаря небольшому по величине отрицательному напряжению источника 9 смещения, подаваемому на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8, выходпос напряжение последнего до конца 11 роцссса счР 1 тывапи 51 остас 1 с 51 по знаку Отрицательным и ниже порога срабатывания порогового каскада 5, вследствие чего диод 11 остается запертым, цепь отрицательной обратной связи разомкнутой, а пороговый каскад 5 и одновибратор 3 в ждущих состояниях. Электрохимический перенос запасенного на Р-электроде при задании электроактивного вещества происходит только под действием тока считывания, протекающего через интегратор 1 в направлении от С-электрода к Р-электроду и далсе через резистор 1 б к отрицательному полюсу источника 4 питания. (Обратным током запертого диода 11, величина которого составляет 0,1 - 0,3 МкА, по сравнению с током считывания можно пренебречь). Длительность процесса считывания определяет преобладающую часть генерируемого с помощью реле интервала времени.Процесс отсечки напряжения начинается с момента полной очистки поверхности Р- электрода интегратора 1 от электроактивной массы, Рост напряжения между Р - С- электродами интегратора, характерный для конца основной окислитсльно-восстановительной реакции электрохимического интегратора, приводит к росту напряжения на выходе дифференциального усилителя 8, что постепенно уменьшает обратное напряжение на р - и-переходе диода 11. При напряжении, близком к напряжению отсечки (О,б - 0,75 В), выходное напряжение усилителя 8 достигает уровня срабатывания порогового каскада 5, которое переходит снова в ре 1 ким сработано, Одновременно отпирается диод 11 (обратное напря 1 кс 1 гис, переходя через нуль, становится прямым), замыкая тем самым цепь отрицательной обратной связи, по которой начинает протекать ток обратной связи, увеличивающийся во времени благодаря росту положительного по знаку выходного напряжения дифференциального усилителя 8. Ток обратной связи начинает постепенно компенсировать ток считывания, в результате этого скорость роста напряжения между Р - С-электродами интегратора 1, а следовательно, и на выходе дифференциального усилителя 8 уменьшается. При напряжении отсечки ток обратной связи полностью компен1 рует ток считывания от источника 4 питания, скорость роста напряжения между электродами интегратора становится равной нулю и напряжение на рабочем электроде элемента стабилизируется.Продифференцированный перепад напряжения на выходе порогового каскада 5 в момент его срабатывания запускает одно- вибратор 13, последний формирует выходной импульс устройства, после чего возвращается опять в ждущий режим. За время импульса одновибратора 13 интегратор выдерживается при напряжении величиной выше 0,5 - 0,7 В (в зависимости от первоначальной настройки с помощью напряжения смещения). Именно выдержка при этом напряжении способствует более полному протеканию основной электрохимической реакции, По окончании импульса одновибратора 13 устройство переходит в первоначальное исходное состояние, в котором находится до прихода следующего и;скового импульса.После срабатывания порогового каскада 5 до прихода следующего пускового импульса интегратор находится при напряжении выше 0,5 В. С этой точки зрения необходимость одновибратора 13 не оправдана, Однако при отсутствии одноиибратора следующий пусковой импульс может прийти в момент срабатывания порогового каскада, таким образом припудительноп ежецикличной выдержки интегратора при высоком напряжении 0,5 В не будет, что способствует накоплению комплексных ионов серебра в элсктролите элемента и ухудшени 1 О метрологических характеристик его работы.В циклическом режиме работы устройства ключ 7 замкнут, в результате чего выход Одновибратора через цепь ключевой обратной связи (дифференцирующая цепь 6) соединен с входом одновибратора 3. В этом случае задний фронт выходного импульса одновибратора 13, т, е. выходного импульса устройства, продифференциров анны й дифференцирующей цепью 6, поступает на вход одновибратора 3, вызывая его срабатывание. Процессы в устройстве начинают повторяться, а на выходе одновибратора 5 10 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 бО 65 формируется периодическая последовательность выходных импульсов устройства, работающего в циклическом режиме.Для улучшения метрологических характеристик работы в нем предусмотрены: ежецикличная принудительная выдержка интегр а тор а в течение определенного промежутка времени при напряжении отсечки, минимизация потерь интегрируемого тока во входных цепях порогового каскада, надежная защита интегратора от роста напряжения между его электродами выше предельно допустимого значения 0,8 В.Использование истокового повторителя на отдельном полевом транзисторе или во Входном каскаде микросхемы дифф срснциального усилителя 8 дает возможность получить громадные входные сопротивления, изменяющиеся во всем диапазоне рабочих температур не ниже чем до 10 мОм, что позволяет практически пренебречь потерями интегрируемого тока, расширив тем самым диапазон токов интегрирования до 20 - 30 мкА и ниже (в завпсимост 1 От Ожидаемой погрешности),Ежецикличная принудительная выдержка электрохимического ДИ при напряжении отсечки препятствует накоплению растворенных в электролите комплексных ионов серебра, что способствует постоянству дозированной при задании на Р-электрод электроактивной массы. Это, в свою очередь, стабилизирует длительность процесса считывания, т. е. стабильность работы устройства.Убедимся в эффективности защиты электрохимического интегратора от перегрузки по напряжению.Допустим, что в исходном состоянии устройства вследствие каких-то причин ток цепи отрицательной обратной связи по сравнению с током считывания уменьшается. (Аналогичные рассуждения справедливы, если ток считывания по сравнению с током отрицательной обратной связи увеличился). Это приводит к тому, что результирующий ток через интегратор протекает от С-электрода к Р-электроду и напряжение между электродами начинает увеличиваться по величине, оставаясь отрицательным по знаку. Но повышение напряжения между Р - С- электродами автоматически через истоковый повторитель 10 вызывает увеличение положительного по знаку напряжения на выходе дифференциального усилителя 8, за счет чего ток в цепи отрицательной обратной связи тоже увеличивается, компенсируя условно допускаемое уменьшение тока цепи отрицательной обратной связи. Поэтому и напряжение между Р - С-электродами, условно растущее, стремится назад к своему первоначальному значению.Аналогичными рассуждениями доказывается, что взаимокомпенсация токов считывания и цепи отрицательной обратной свя68 Й 63 Составитель И. Радько Редактор Е. Караулова Техред А, Камышникова Корректоры; Л. Брахнинаи Т. Добровольская Заказ 2008/11 Изд. Ьо 492 Тираж 923 Г 1 одпи своеНПО Поиск Государственного комитета ГССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская аб., д. 4/5 Гипог 1)афин, пр. Сапунова, 2 зи происходит и в том случае, ссли ток отрицательной обратной связи по каким-то причинам по сравнению с током считывания возрастает. Отсюда следует: любые изменения тока считывания по сравнению с током цепи отрицательной обратной связи или наоборот в исходном состоянии устройства будут скомпенсированы за счет действия цепи отрицательной обратной связи, что и обеспечивает эффективную защиту электрохимического дискретного интегратора от роста напряжения между его электродами выше предельно допустимого значения 0,8 В.Таким образом, введение в устройство дополнительного одновибратора, истокопого повторителя и дифференциального усилителя с элементами цепи отрицательной обратной связи позволило при надежной защите электрохимического дискретного интегратора от перегрузки по напряжению улучшить точность и стабильность сго работы, расширить диапазон возможных токов интегрирования, что в конечном итоге способствует улучшению метрологических характеристик устройства. ф о р м ул а изобретения Времязадающее устройство, содержащееэлектрохимический дискретный интегратор,электрод, склад которого соединен сосредней заземленной точкой источника питания, а рабочий электрод через коммутатор, управляющий вход которого подключен к выходу одновибратора, подключен кзазноименным полюсам источника питаши,пороговый каскад, дифференцирующуюцепь, включенную через ключ между выходом устройства и управляющим входом од 1 О новибратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и надежности,в него введены дифференциальный усилитель с источником смещения па неинвертпрующем входе и истоковым повторителем15 на инвертирующем входе, цепь диодно-рс.зисторной обратной связи, включснная между выходом дифференциального усилителя и входом истокового повторителя, входкоторого соединен с рабочим электродомэлсктрохимического интегратора, блок задержки, подключенный через дополнительную дифференцирующую цепь к выходу порогового каскада.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР413546, кл. Н 01 Н 43/32, 22.05.72.2. Авторское свидетельство СССР443462, кл, Н ОЗК 3/02, 18.08.72 (прото 30 тип) .