Дифференциально-трансформаторный преобразователь аналог-код

О П И СА Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез Сфветскик(61 Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 190880 (21) 2974080/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликоваво 15 Р 383, Бюллетень йо 10Дата опубликования описания 150333 31) М. Кп.з С 08 С 9/04 Государствеииый комитет СССР оо.дедам изобретеиий и открытий(72) Авторы . изобретения В,И.Антонец, В.Г Ершов, Л.Б.Леонтьев и Научно-исследовательский и проектно-кон институт автоматизированных систем уп транспортом газаИзобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при создании информационноуправляющих комплексов повышенной точности, имеющих в своем составе дифференциально-трансформаторные датчикиИзвестен дифференциально-трансформаторный 1 преобразователь, содержащий датчик, источник переменного напряжения повышенной частоты несинусоидальной формы и блок преобразования Г 1.Недостатком преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная несинусоидальностью источника питания. Кроме того, при питании датчиков несинусоидальными током происходит смещение положения нуля на шкале прибора и требуется дополнительная регулировка датчика.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий блок питания, формирующий прямоугольные импульсы, интегрирукщий усилитель и блок преобразования. Преобразователь имеет низкую точность, обусловленную несинусоидальной формой тока.,;Кроме того, изменение длины линиисвязи между датчиком и преобразова- телем приводит к изменению форьы выходного напряжения, что требует увеличения постоянной воемени фильтрана выходе преобразователя, котораяи определяет быстродействие данногопреобразователя Г 2 ,Цель изобретения - йовыаение точности,Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательносоединенные преобразователь напряжение - ток, дифференциально-трансФорматорный датчик и выпрямитель,введены функциональный цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифро 2 О вой преобразователь двойного инте-,грирования и синтезатор частот, приэтом выход функционального цифро-аналогового преобразователя соединенс входом преобразователя напряжениекок, выход выпрямителя соединен свходом аналого-цифрового преобразо-вателя двойного интегрирования, ацифровые и управляющие входы. Функционального цифро-аналогового преобразователя, выпрямителя и аналого-циф,рового преобразователя соединены ссоответствующими выходами синтезатораа частот,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства;на фиг,2 схема выпрямителя; на фиг. 3 -схема аналого-цифрового преобразователя.Устройство содержит функциональ ный цифро-аналоговый преобразователь 1, преобразователь 2 напряжение ток, дифференцйально-трансформаторный датчик 3, выпрямитель 4, анало го-цифровой преобразователь 5 двойного интегрироВания, синтезатор б частот.Устройство работает следующим образом. 15Синхронизация всех узлов в устройстве осуществляется синтезатором б частот, в котором осуществлена временная привязка всех сигналов к частоте питающей сети, для чего ис О пользуется схема автоподстройки частоты задающего генератора. В схеме синтезатора б частот имеется делитель частоты, который выдает ряд частот: 50 кГц для подачи на циф ровой вход ЦАП 1 50 Гц с фаэовым сдвигом, обеспечйвающим совпадение фронтов управляющих импульсов с нулем синусоидального напряжения в выходной обмотке датчика для управления выпрямителем 4, и 25 Гц для запуска аналого-цифрового преобразователя 5 двойного интегрирования.При поступлении на цифровой вход. Функционального цифро-аналогового преобразователя 1 импульсов от синтезатора б частот на выходе образуется высокостабильное ступенчатое напряжение с синусоидальной огибаюей, которое подается на вход преобаэователя 2 напряжение - ток, вы модной ток которого поступает в первичную обмотку дифференциально- трансформаторного датчика 3, выходное напряжение датчика, пропорциональное измеряемому параметру, по дается на аналоговый вход выпрямителя 4 а на управляющий вход выпрямителя 4 поступают импульсы с частотой 50 Гц от синтезатора б частот.Принципиальная схема выпрямителя 4 (фиг, 2) содержит четыре аналоговых ключа 7"10,выполненных на одной микросхеме и усилитель для управления ключами .на транзисторах 11 и 12.Управляющие. импульсы отрицательной полярности, поступая на вход усилителя . на.транзисторах 11 и 12,: отпирают оба транзистора, и на затворах ключей 7 и 10 появляется напряжение, открывающее ключи, при этом ключи 8 и 9 закрываются, так ОО как напряжение на коллекторе транзистора 11 и затворах ключей 8 и 9 становится близким к нулю. В паузе между имйульсами транзисторы 11 и 12 запираются, что приводит к от крыванив ключей 8 и 9 и закрыванию ключей 7 и 10. При включении .ключей 8 и 9 входные клеммы соединяются с выходными клеммами, апри включении ключей 7 и 10 входные клеммы соединяются с выхоцнымиклеммами Поскольку фронты управляющих импульсов синхронизированыс моментом перехода через нольсинусоидального напряжения с выхода датчика, то на выходе выпрямителя получается однополярноенапряжение, которое подается навход аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования.Структурная. схема (фиг.3) типового аналого-циФрового преобразователя двойного интегрированиясотоит из аналоговых ключей 13 15,операционного усилителя 16, интегрирующей цепочки 17 в цепи обратной связи операционного усилителя 1 б,компаратора 18, одновибратора 19, двух триггеров 20 и 21,счетчика 22 и источника тактовойчастоты, в качестве которого используется синтезатор б частот.В данном преобразователе совершаются два такта интегрирования:входного напряжения Ц и эталонного напря-,жения - Ц . В исходном состоянии триггеры 20 и 21 находятся в состоянииноль, ключ 15, управляющий инверснымвыходом триггера 21, замкнут, и навыходе операционного усилителя 16 будет потенциал, близкий к нулю. Счетный выход счетчика 22 заперт сигналом"Ноль" прямого выхода триггера 21,и счетчик хранит результат предыдущего .преобразования. Счетчик 22 устанавливается в состоянйе "ноль" сигналом пуск", который задерживаетсяоцновибратором 19 и поступает наЯ-вход триггера 21, устанавливая егов состояние пединица".,Это приводитк размыканию ключа 15 и отпираниюсчетного входа счетчика 22, которыйначинает подсчитывать импульсы отсинтезатора б с тактовой частотой,Интегратор на операционном усилителе начинает интегрировать напряжение У, поступающее с выхода коммутатора через замкнутый ключ 14,управляемый инверсным выходом триггера 20.Интегрирование происходит с постоянной временй Сц = й Си продолжается до переполнения счетчика 22.Импульспереноса счетчика 22 устанавливаеттриггер 20 в "единицу", размыкаятем самым ключ 14 и замыкая ключ 13.На вход интегратора подается эталон-,ное напряжение-Бэ. В этот моментвремени =7 = - на выходе интеграгРРттора установится напряжениеЦ(т ) = -Ц - . (1)ТТиЭталонное напряжение -О з имеетпротивоположную полярность по отношению к Цх, и выходное напряжение интегратора начнет изменяться в обратную сторону. Когда выходное напряжение интегратора станет равным нулю, компаратор 18 срабатывает и его выходной сигнал устанавливает оба триггера в состояние "ноль". Схема"приходит в исходное состояние.Счетчик 22 к концу второго такта подсчитывает и импульсов, при этом 10 и = Т Е, где Т- длительность второго такта интегрирования, Так как Цц(Т ) = О, то-ц . - " +Ц -= 0 (2) 153 Фц.откудаТЕ=г - ф 2 цх т 1 з т.е. код в счетчике пропорционален входному сигналу. Из Формулы (3) следует, что на результате преобразования не сказывается значение тактовой частоты генератора т и мед ленное изменение ее во время преобразования Тр= Т 4 + ТРезультат преобразования не зависит также от постоянной времени интегрирования Ч, , если она не из ;меняется в процессе интегрирования. Аналого-цифровой преобразователь двой; ного интегрирования обладает способностью подавлять внешние помехи, причем максимальное значение коэф" фициента подавления помех Кд-получается, когда длительность первого такта интегрирования равна или кратна целаму числу периодов частоты помехи,Поскольку устройство будет эксплуатироваться на промышленных предприятиях, то наибольшие помехи будут вызываться цепями с частотой 50 Гц или кратными ей. Поэтому длительность первого такта интегрирования выбрана равной периоду частоты сети. Синтезатор автоматически обеспечивает его равенство при изменении частоты сети,Высокие метрологические характеристики устройства получаются за счет питания первичных обмоток дифферен циально-трансформаторнык датчиков от преобразователя напряжение - ток, на вход которого подается высокостабильное синусоидальное напряжение от функционального цифро-аналогового пре образователя. Класс точности таких преобразователей; выполненных в интегральном исполнении, составляет 0,05-0,1. Большой коэффициент усиления в преобразователе напряжение,ток исключает влияние сопротивления линии связи при изменении ее длины.Применение синхронного выпрямителя для выпрямления переменного напряжения с вторичной обмотки датчика и схемы аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования, в котором длительность первого такта интегрирования синхронизована при помощи синтезатора частот с частотой сети переменного тока, для преобразования амплитуды выходного сигнапа датчика в код, позволяет существенно повысить быстродействие преобразователя по сравнению с известными,Предложенное устройство разработано для информационно-измерительной сис темы, входящей в состав АСУ ТП компрессорных станций магистральных газопроводов. Система рассчитана на обслуживание 1200 датчиков, из которых треть могут составлять:дифференциально-трансформаторные датчики (в зависимости.от типов и дисла газоперекачйвающих агрегатов).Формула изобретенияДиФФеренциально-трансформаторный преобразователь аналог - код, содержащий последовательно соединенные преобразователь напряжение - ток, дифференциально-трансформаторный датчик и выпрямитель, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности в него введены функ/циональный цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования и синтезатор частот, при этом выход функционального цифро-аналогового преобразователя соединен с входом преобазователя напряжение - ток, выход выпрямителя соединен с входом аналогоцифрового преобразователя двойного интегрирования, а цифровые и управ" ляющие входы функционального цифроаналогового преобразователя, выпря-. мителя и аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими выходами синтезатора частот.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 206357, кл, С 08 С 9/04, 1966. 2, Авторское свидетельство СССР Р 732665, кл, С 01 0 5/14,1978ВНИИПИ Эакаэ 1906/68 Тираж б 16 Подписно филиал ППП фПатентф, г.Ужгород,ул.Нроектаая,4