Функциональный преобразователь сопротивления в частоту

(54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий усилитель, к входу которого подключен первый вывод преобразуемого сопротивления, второй вывод которого подключен к общей ши-не устройства, выход усил.теля соединен с входом преобразователянапряжения в частоту, выход которого подключен к выходной шине устройства, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения диапазона измерений, в. него введеныпреобразователь периода в напряжение ипреобразователь напряжения вток, причем вход преобразователяпериода в напряжение подключен квыходной шине устройства, а выходпреобразователя периода в напряжение - к .входу преобразователя напряжения в ток, выход которого соединен с первым выводом преобразуемого со отивления,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении широкодиапаэонных измерителей различныхФизических величин с применениемреэистивных датчиков, а также длялинеариэации характеристик датчиков.Известен частотный преобразователь сопротивления, содержащий источник питания, генератор тока,усилитель-повторитель, пороговоеустройство и конденсатор, причемвыход генератора тока через преобразуемое сопротивление соединен сконденсатором, входом пороговогоустройства и входом усилителя-повторителя, а выход последнего подключен к выходу генератора тока непосредственно 1 3,10 15 20Недостатком устройства являетсято, что расширение диапазона измерений возможно только в сторонумалых сопротивлений, причем погрешность от влияния омического сопротивления соединительных проводовпри этом большая,Наиболее близким по техвическойсущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь сопротивления в частотуследования и пульсов,. содержащийрезистивный делитель, усилитель спереключаемым коэйфициентом усиления и преобразователь напряжения вчастоту (пнч), выход которого является выходам устройства и подключенк упоавляюкему входу усилителя. информационный вход котооого соединенс .выходом резестивного делителя.выход усилителя соединен с входомПНЧ, причем выход источника опорного напряжения ПНЧ соединен с входомреэестивного делителя Г 27.Недостатком известного устройства являются низкая точность преобразования при расширении диапазона преобразуемых сопротивлений, влияниена погрешность преобразования омическога сопротивления соединительныхпроводов датчика. Мощность рассеивания на преобразуемом сопротивлениине является постоянной величинойпри изменении величины сопротивления,Цель изобретения - расширение диапазона измерений.Поставленная цель достигается тем,что в Функциональный преобразовательсопротивления в частоту, содержащийусилитель, к входу которого подключенпервый вывод преобразуемого сопротив Оления, второй вывод которого подключен к общей шине устройства, выходусилителя соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выходкоторого подключен к выходной шине 65 устройства, введены преобразовательпериода в напряжение и преобразователь напряжения в ток, причем входпреобразователя периода в напряжениеподключен к выходной шине устройстваа выход преобразователя периода внапряжение - к входу преобразователя напряжения в ток, выход которогосоединен с первым выводом преобразуемого сопротивления.На фиг.1 приведена структурнаясхема устройства; на фиг,2 - эпюры,поясняющие принцип работы устройства; на Фиг,3 - вариант структурнойсхемы преобразователя периода в напряжение; на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работыпреобразователя,Функциональный преобразовательсопротивления в частоту содержитусилитель 1, преобраэователь 2 напряжения в частоту, преобразователь 3периода в напряжение, преобразователь 4 напряжения в ток и преобразу-.емое сопротивление 5, которое подключено к входу усилителя 1, выход которого соединен с входом преобразователя 2 напряжения в частоту. Выход последнего, являющийсявыходной шиной устройства, соединенс входом преобразователя 3 периодав напряжение, выход которого подключен к входу.преобразователя 4 напряжения в ток. а выход последнего подключен к прЕобразуемому сопротивлению 5. Преобразователь 3 перибда внапряжение содержит распределительб импульсов, источник 7 опорногонапряжения, ключи 8-10, интеграторы11-13, ключи 14-16 фиг,3). Выходисточника опорного напряжения 7подключен к входам ключей 8-10, выходы последних соединены с входамиинтеграторов 11-13 соответственно,в свою очередь выходы интеграторовсвязаны с выходом преобразователяпериода в напряжение соответственно через ключи 14-16. При этом,первый выход распределителя б импульсов связан с управляющими входами интегратора 12 и ключей 8 и 16, второйвыход - с управляющими входами интегратора 13 и ключей 9 и 14, а третий - с управляющими входами интегратора 11 и ключей 10 и 15, Вход распределителя импульсов б являетсяодновременно входом преобразователяпериода в напряжение,Усилитель 1 может быть построен на базе микросхемы 140 УД 7, этот же тип микросхем можно применить в качествеинтегратора преобразователя 2 напряжения в частоту, а также интеграторов преобразователя 3 периода в напряжение и при построении преобразователя 4 напряжения в ток, В качестве компаратора преобразовате., напряжения 7;постоянная времениинтегратора преобразования периода в напряжение:Кдн - коэФфициент преобразования преобразователя напряжения в.6 ля 2 напряжения в частоту можно использовать микросхему 521 САЗ, Припостроении Формирователя импульсовобратной связи преобразоьателя 2 напряжения в частоту, а также распределителя импульсов преобразователя 3периода в напряжение могут быть применены микросхемы серий 561 и 176 сцелью .уменьшения энергопотребления,В качестве ключей преобразователя3 периода, в напряжение могут бытьиспользованы,мокросхемы серии. 168,а в качестве ключей преобразователя2 напряжения в частоту и в схемепреобразователя 4 напряжения в токполевые транзисторы КП 305 и КПЗОЗ,Функциональный преобразовательсопротивления в частоту работаетследующим образом.Постоянное напряжение на преобразуемом сопротивлении 5 усиливаетсяусилителем 1 и поступает на входпреобразователя 2 напряжения в частоту с импульсной обратной связью,Выходной сигнал преобразователя,представляет собой импульсную последовательность (Фиг.2 5), Эта последовательность поступает на вход преобразователя 3 периода в напряжение(Фиг.З ). По мере поступления импульсов на вход распределителя б импуль.- сов, поочередно на трех его выходахпоявляется разрешающий уровень открывающий соответствующие ключи.преобразователя 3, Пусть, например, раз.решающий уровень появился на первомвыходе распределителя 6 импульсов,при этом открыты ключи 8 и 16, выходное напряжение Оо источника опорного напряжения 7 поступает на входинтегратора 11, При этом напряжениена его выходе линейно возрастает в . течение интервала между двумя последующими импульсами преобразователя2 напряжения в частоту. В это время выходной сигнал. интегратора 13 через открытый ключ 16 поступает на вход преобразователя 4 напряжения в ток, а интегратор 12 приводится в исходное состояние. Во втором такте работы распределителя б разрешающий уровень на втором.его выходе открывает ключи 9 и 14, при этом напряжение на выходе интегратора 12 в течение времени Т линейно возрастает, выходной сигнал интегратора 11 поступает на вход преобразователя4 напряжения в ток, а интегратор 13. обнуляется, В третьем такте открыты ключи 10 и 15, напряжение интегрируется интегратором 13, интегратор 11 обнуляется, а выход интегратора , 6 12 подключен к входу преобразователя 4 напряжения в ток. Этот процесс циклически повторяется. Напряжение, поступающее на вход преобразователя 4 напряжения в ток, постоянно (фиг,26) и изменяется пропорционаЛьноизменению периода следования импульсов с выхода преобразователя 2 напряжения в частоту, Постоянное на, пряжение преобразуется в постоянныйток с помощью преобразователя 4 напряжения в ток, Этот ток, протекая.по преобразуемо у сопротивлению 5,создает падение напряжения, котороезатем усиливается усилителем 1, )О для выходного сигнала устройствасправедливо выражение где Ех - выходная частота устройства;Ох - напряжение на преобразуемом сопротивлении;К - коэФФициент усиления усилителя 1;ОО,1 О - амплитуда и длительностьимпульса постоянной вольтсекундной площади на выходе преобразователя 2напряжения в частоту.Напряжение на преобразуемом сопротивлении: Корнеквадратическая зависимость, выходной частоты устройства от величи ны преобразуемого сопротивления пооблучена благодаря наличию в цепи ратной связи устройства преобразования вида х . В данном случае это преобразование осуществляет преобразователь 3 периода в напряжение,Принимая во внимание, что Е= - подставляем (3) в выражение (2):Мощность, рассеиваемая на преобразуемом сопротивлении в процессе преобразования;2Ф)Пх оп)пнт о оРд х с "ппнРассеиваемая мощность не изменяется во всем диапазоне переобразуемых сопротивлений поскольку выраже.ние (5) не зависит от Я.Реактивные параметры преобразуемого сопротивления не влияют на погрешность преобразования, поскольку пр преобразуемому сопротивлению протекает постоянный ток. Так как в структуре преобразователя имеется передача частотного сигнала между выходом преобразователя 2 напряжения в частоту и преобразователем 3 периода в напряжение, то легко осуществить гальваническую развязку между токозада"ющей и измерительной частями устройства, что исключает погрешность отвлияния омическогб сопротивлениясоединительных проводов преобразуемого сопротивления, Из выражения (4 )видно, что изменение напряжения напреобразуемом сопротивлении и, следовательно, входного сигнала всехузлов устройства в корень квадратный "0 раз меньше изменения величины самогопреобразуемого сопротивления, Этоозначает, что изменение В на 120 дБприводит к изменению измеряемого нанем напряжения на 60 дБ. При сохра нении заданной точности преобразования и требований к метрологическимхарактеристикам узлов устройстваэто позволяет расширить диапазонпреобразуемых сопротивлений1102034 СоставительТехред И.Над ешков Редант орректор Г. Реюетни Яцола каз 4782 ое 4/5 б Филиал ппп "патентфг. Ужгород, ул. проектная, 4/43 Тираж 862ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушская Родпи СССРий.