Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ рц 957428 ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ. свид-ву -1) 3251293/18 5.02.81 ем заявк 3 К 13/2 с присоедине (23) Приорите арственныи комитеСССРелам изобретенийи открытий Опублико но 07.09,82, Бюллетень Мо 3 УДН 681. 325(72) Авторь изобретен 1) Зая 54) ПРЕОБРРЗОВАТЕЛЬ НЕЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧВ ЦИФРОВОЙ КОД ключен к входу птеля соиротивленход последнего смасштабирующегозистора, трехпоэтегратор, выходорган соединен сления, первый ирого подключеныдам переключателпозиционного ключа,В устройстве осуществляется полная компенсация напрях;ения смещения усилителей за счет определения длительности выходного интервала времени как суммы длительностей двух или любого четного полуциклов преоб раэования, произведенных при разных полярностях источника питания в цепи датчика. При выборе времени интегрирования То и интервала времени Г между двумя соседними циклами из- мерения значительно меньшими чем период гармонической помехи, дост 25 гается также ослабление влияния пследней в определенной мере (23.Недостатком преобразователя является относительно низкий уровень подавления гармонической помехи, а 30 также зависимость точности преобраз и- оИзобретение относится к электроизмерительной технике и может найтиприменение при построении информационно-измерительных систем для измерения неэлектрических величин, работающих с резистивными датчиками в условиях значительных возмущающих помех.Известны измерительные преобразователи напряжения, снимаемого с резистивного датчика, в цифровой код, построенные по методу двухтактного интегрирования с длительностью первого такта, равным или кратным периоду помехи 11.Однако их существенными недостатками являются влияние на точностные характеристики, относительно постоянных во времени помех (напряжение смещения усилителей, термо-ЭДС и т.д.), низкое быстродействие, а также снижение помехоустойчивости при отклонении частоты помехи от номинального значения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь незлектрических величин в цифровой код, содержащий источник питания, выход которого через переключатель полярности подитания преобразозаия в напряжение, выоединен с входом усилителя, два реиционный ключ, инкоторого через нульвходом блока управ- второй выходы коток управляющИМ вхо- . я ттолярности и трех- .вания от стабильности параметров резисторов.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности.Поставленная цель достигаетсятем, что преобразователь неэлектрических величин в цифровой код, содержащий источник питания, выход которого через переключатель полярности подключен к входу питания преобразователя сопротивления в напряжение, выход последнего соединен совходом масштабирующего усилителя,два резистора, трехпозиционный ключ,интегратор, выход которого черезнуль-орган соединен со входом блока 15управления, первый и второй выходыкоторого подключены к управляющимвходам переключателя полярноститрехпозиционного ключа, введены второй и третий трехпоэиционные ключи,первые, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с выходом масштабирующего усилителя, выходом источника питания иобщей шиной, выходы первого и второго трехпозиционных ключей подключены через25первый и второй резисторы к.инвертирующему входу интегратора, неинвертирующий вход которого соединен свыходом третьего трехпоэиционногоключа, а управляющие входы второгои третьего трехпоэиционных ключейсоединены соответственно с третьим ичетвертыми входами блока управления.На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 -35временные диаграммы его работы.Устройство содержит переключатель1 полярности, преобразователь 2 сопротивления в напряжение, масштабирующий усилитель 3, источник 4 питания, 40трехпоэиционный ключи 5-7, резисторы8 и 9, интегратор 10, нуль-орган 11,блок 12 управления.На фиг,2 представлены временныедиаграммы работы, где изображены,соответственно, выходы ключей 5-7,выход интегратора 10 и выход нульоргана 11,Устройство работает следующим образом.50Напряжение с источника 4 питаниячерез переключатель 1 полярности поступает на одну иэ вершин диагоналипитания измерительного моста. Приэтом подключение второй вершины диагонали питания к выходу операционного усилителя, неинвертирующий входкоторого соединен с общей шиной, аинвертирующий - с одной иэ вершиноизмерительной диагонали, обеспечивает поддержайие в указанной вершине 60измерительной диагонали потенциала,равному потенциалу на неинвертирующем входе усилителя, т.е. нулевомупотенциалу. Такое включение позволяет избавиться от необходимости ис пользования гальванически развязанного источника питания.Цикл работы преобразователя осуществляется в четыре. такта. В первом такте ключи 5-7 устанавливаются соответственно в положение 1, Е, 11, а полярность напряжения на выходе переключателя 1 полярности соответствует полярности выходного напряжения источника 4 питания. Во втором такте ключи 5-7 по сигналу с блока 12 управления устанавливаются соответственно в положение Ц 1, О , 1, а полярность напряжения на выходе переключателя 1 полярности меняется на противоположное. В третьем такте ключи 5-7 устанавливаются в положение 1 и ,1 и э , а переключатель 1 полярности возвращается в исходное по.ложение.Если представить выходное напряжение усилителя 3 как аддитивную смеСь полезного сигнала Цх и сигнала помехи Б , то напряжение на выходе интегратора 10 в момент времени 14 равно иО,(а,1) О,(К+я)П(4 Я 1 С 01 ЙЙ С 01 йР С 01Ото 1 тоР +й1ЙС ОЪ ЯС п Р С ПОт 01ОЗ1- О .3 Фк С пЪ0 где К 1 и Й - сопротивление резисторов 8 и 9 соответственно;С в , емкость интегратора10;ТО, - длительность 1-го так-.та;ОО - напряжение источникапитания;11 О- напряжение. помехи в1-том такте.При равенстве ТО= ТО= Т 0= выражение можно привести к виду(Й+Р )О,: ", ст,(фоо 0)- - " о,а.1 Я.се с 1 щд с с "пьд=- - "1 Ч.ф 1 С ЙЙО Ст 0 т 0ют (йО,+О Д+40 п. В четвертом такте ключи 5-7 устанавливаются в положения 11, Й и й соответственно, т.е, пройсходит считывание напряжения, накопленного на интеграторе 10. Момент полной компенсации напряжения фиксируется нуль- органом 11. В момент й имеем1цп(5)- й ),ео-о,Рьо, "О, ,-,)=0.Отсюда определяем функцию преобразования устройстваът-( -):т- - т+о (30 о 00 К,)+К 1 т.е. для Ц = +По/2 выходной интервал Т изменяется на величину +То.Погрешность изерения от присутствия помехи определяется последним членом выражения. Если помеха на протяжении всего измерительного цикла постоянна,то дО и = О. Определяем модуль этого выражения для случая гармонической помехи Уп= 13, з 1 п(юг+13), При равенстве Й= К,1+ 81 и (ц 31+ Ч) сИ = 81 пшоОх 51 П +КМаксимальное значение погрешностиЗато соответствует при з 3.п(у в +Ч)=1, т.е. при Ч + в= + . (2 п+1), ото)То дкуда Ч= +(2 п+1)-ЗпЕТо, где и -что составляет для сетевой помехи с Е = 50 Гц при То = 100 10 с не менее 72 дБ, т.е. более чем в 100 раз больше в относительных единицах, чем у прототипа. Нестабильность частоты помехи не оказывает большого влияния на помехоподавление (например, при изменении частоты в два раза помехоподавление снижается всего на 6 ДБ).10 Формула изобретения О, 1, 2, 3 Подставляя значение П= цх= -,13 о и определяя при этом относительноеизменение выходного интервала То,имеем ьт( 13 ытт т 1"0или для помехоподавлении в логарифмическом масштабеЪ).отоТ В 1 ПМ ОЕ - =-0 Е1ьтх). Источники информации,принятые во внимание при экспертизе50 .1. Прянишников В.А. Интегрирующиецифровые вольтметры постоянного тока(прототип). Преобразователь неэлектрических 15 величин в цифровой код, содержащийисточник литания, выход которого через переключатель полярности подключен к входу питания преобразователясопротивления в напряжение, выход по следнего соединен с входом масштабирующего усилителя, два резистора,трехпозиционный ключ, интегратор,выход которого через нуль-орган соединен с входом блока управления, пер-.25 вый и ВТОРОЙ выхОДы кОтОРОГО пОДключены к управляющим входам переключателя полярности и трехпозиционногоключа, отличающийся тем,что, с целью повышения помехоустой- ЗО чивости и точности, в него введенывторой и третий трехпозиционные клю- .,чи, первые, вторые и третьи входыкоторых соединены соответственно свыходом маак)табирующего усилителя,выходом источника питания и общейшиной, выходы первого и второго трехпозиционных ключей подключены черезпервый и второй резисторы к инвертирующему входу интегратора, неинвертирующий вход которого соединен с 4 О выходом третьего трехпозиционногоклича, а управляющиевходы второго итретьего трехпозиционных ключей соединены соответственнно с третьим ичетвертым выходами блока управле ния.