Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИК 132 119 С 06 Г 7/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ц. ь. Зиб льство ССС 7/26, 1982 ство СССР 7/26, 1985 атор 10 имбраз оватепь атель 13 им - 4. Работа С с вид С(54) ФУ 011 АЛЫ 1 ЬП 1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ тение относится к анало(57) Изоб говой тех ике и может бь спольз вано приавтоматичзования иЦель изоб здании широкодиапазоцных ких устройств цпя преобр ия постоянного тока. повышение точмере ен УДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ности. Функциоцдпьцый преобразовате содержит диФференциальный операционный усилитель 1, ицвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3, 13.п,(и+1)входных мдсштдбцых резисторов и ключей первои 5 и второй б групп, блок7 памяти, блок 8 индикации, компардтор 9 напряжения, генерпулсоц, счетчик 11, прео12 код - аналог, форинтовпульсов, мультивибратор 1преобрддовделя осуществляется в трехрежпмдх Работа" "Еоррекция" и"11 з;к Опцие". 11 огрешцость выбора под -дпдп д сказывается только на выборе ць.бхо;пц.ого здпаса по перегрузкецд выбранном пределе измерения, который у птывдется при выборе регистр.рующе; о прибора. 2 пл.55 1 13223Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока. 5Цель изобретения - повышение точностиНа фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема аппроксимирующей ячейки.Функциональный преобразователь содержит дифференциальный операционный усилитель 1, инвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3.13.п, (и+1) входных масштабных резисторов 4.14.(п+1),п ключей 5.1, ,5.п первой группы, и ключей 6.16.п второй группы, блок 7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 напряжения, генератор 10 импульсов, счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов и мультивиб-. ратор 14.Каждая из и аппроксимирующих ячеек 3.13 п (фиг.2) содержит первый 15 и второй 16 входы аппроксимирующей ячейки, операционный усилитель 17 первый, второй и третий масштабные резисторы 18-20, первый и второй ог 30 раничительные диодные элементы 21 и 22, диоды 23 и 24, корректирующий резистор 25, повторитель 26, транзистор 27, первый и второй нагрузочные резисторы 28 и 29, первый 30 и второй 31 выходы аппроксимирующей ячейки.Преобразователь работает следующим образом.В момент возникновения импульса на выходе мультивибратора 14 функциональный преобразователь находится в режиме "Работа . Блок 7 памяти в данном случае переводится в режим записи поступающей информации с вторых выходов 31 аппроксимирующих ячеек 3,13.п. Считывания информации с выходов блока 7 памяти не будет так как по выходам в режиме записи он заблокирован. При этом ключи 5.1, ,5.п открьггы, а ключи 6.16.п50 закрьгты. Импульсом с выхода мультивибратора 14 счетчик 11 сбрасывается в нуль, вследствие чего напряжения на выходе преобразователя 12 код - аналог и инвертирующем входе дифференциального операционного усилителя 1 равны нулю. 26 2В режиме "Работа" на вход функционального преобразователя поступаетисследуемый сигнал (входной ток), взависимости от величины которого устанавливается выходное напряжениеусилителя 1 и автоматически выбирается поддиапаэон, в котором работаетфункциональный преобразователь. Напряжение с выхода усилителя 1 поступает на вход инвертора 2 и первыевходы 15 аппроксимирующих ячеек3.13.п.Отдельно взятая аппроксимирующаяячейка работает следующим образом.На первый вход 15 аппроксимирующейячейки поступает напряжение положительной полярности с выхода усилителя 1, а на второй ее вход 16 - отрицательное опорное напряжение.П ьиЕсли выполняется условие ----НюБос О, напряжение на выходе опеК,рационного усилителя 17 имеет положительную полярность. При этом открываются база-эмиттерный переход транзистора 27 и первый ограничительныйдиодный элемент 21. Напряженйе наколлекторе открытого транзистора 27,нагрузкой которого является резистор 28, имеет низкий потенциал . Диоды 23 и 24 второго ограничительногодиодного элемента 22 закрыты, и напервый выход 30 аппроксимирующейячейки информация с его первого входа 15 не проходит.Когда выполняется условиеП Вк Понапряжение на выходе уси 18лителя 17 становится отрицательным,и диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 открываются, включая в отрицательную обратнуюсвязь усилителя 17 повторитель 26 имасштабный резистор 20. Аппроксимирующая ячейка при этом считается включенной. Через нее в цепь отрицательной обратной связи дифференциальногооперационного усилителя 1 подключается соответствующий входной маштабный резистор, изменяющий крутизнупреобразования функционального преобразователя,Напряжение на коллекторе транзистора 27 при включенной аппроксимирующей ячейке имеет высокий потенциал, 1322326Пороги срабатывания аппроксимирующих ячеек выбираются исходя из разбиения общего диапазона изменения входного тока на поддиапазоны путем выбора номиналов резисторов К 18 и К 19. На крутизну преобразования, начиная с второго поддиапазона, кроме номиналов входных масштабных резисторов 4.14.п, подключенных к первым выходам 30 соответствующих 10 аппроксимирующих ячеек, влияет и номинал масштабного резистора 20.Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме "Работа" для ш-го поддиапазона определяется иэ выражения 15м гвПьыв 1)рх (тк) +1 ь 1 1 ьх(-11(1)Кю + Пдрв 120где Пы ,.,1 - напряжение на выходеусилителя 1 в точкеизменения крутизны вконце (ш)-го поддиапазона; 25, в- входной ток на ш-мЬзподдиапазоне;- входной ток в точкеВ 1 е изменения крутизны вконце (ш)-го поддиапазона;К - коэффициент пропорциональности для ш-гоподдиапазона;Уд- напряжение ухода нуля 35на ш-м поддиапаэоне.На ш-м поддиапазоне включены аппроксимирующие ячейки 3.13.(ш) и коэффициент пропорциональности функционального преобразователя оп ределяется из выражения)ЪКт с К . 1К + (2) й К ал. м 1 ,. - ., К,45- коэффициент передачиинвертора 2;К 1 фК = --- коэффициент передачипо первому входу 15аппроксиьжрующей ячейки 3.1;К а в.т 1 - номинал резистора4. (и+1);К а; - номинал резистора 4. ,По окончании импульса мультивибратора 14 режим "Работа" заканчивается и начинается формирование такта коррекции, время которого определяется длительностью импульса с выхода Формирователя 13, формируемого иэ заднего фронта импульса мультивибратора 14,На время такта коррекции ток исследуемого сигнала на вход функционального преобразователя не поступает.По окончании импульса мультивибратора 14 блок 7 памяти переводится врежим считывания, при котором с еговыходов выводится информация о включенных в режиме "Работа" аппроксимирующих ячейках. Сигналы с выходаблока 7 памяти, воздействуя на входыуправления ключей первой и второйгруппы, изменят состояние только техиэ них, которые связаны с аппроксимирующими ячейками, бывшими включенными в режиме "Работа". Поэтому вторые входы данных аппроксимирующихячеек отключатся от отрицательной шиныисточника двуполярного опорного напряжения соответствующими ключами первой группы, Сами аппроксимирующиеячейки останутся включенными за счетпротекания тока от положительной шиныисточника двуполярного опорного напряжения через открьггые ключи второйгруппы на первые их выходы.Таким образом, после окончания импульса мультивибратора 14 функциональный преобразователь переводитсяв режим прямо пропорционального преобразователя с коэффициентом преобразования К , выбранным автоматическив режиме "Работа", исходя из величины входного тока.Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, товыходное напряжение усилителя 1 согласно выражению (1) определяетсятолько напряжением ухода нуля длявыбранного поддиапазона. Напряжениеухода нуля с выхода усилителя 1 поступает на вход компаратора 9 напряжения, где сравнивается с нулевымпотенциалом. В случае неравенства нулю данного напряжения компаратор 9запускает генератор 10 импульсов,блокировка которого на время тактакоррекции снята, благодаря воздействию разрешающего импульса с выходаформирователя 13. Импульсы генератора 10 поступают на счетный входсчетчика 11, готового к счету поступающих импульсов после окончания режима "Работа". Код состояния счетчи 5 132 ка 11 непрерывно поступает на входы преобразователя 12 код - аналог, где преобразуется в выходное прямо пропорциональное напряжение, поступающее далее на инвертирующий вход усилителя 1 для компенсации напряжения ухода нуля. Когда напряжение на выходе усилителя 1 станет равным нулю, компаратор 9 переключится в противоположное состояние и генератор 10 прекратит генерацию импульсов. В счетчике зафиксирован код, при котором напряжение на выходе усилителя 1 равно нулю.Счетчик 11 может быть как однонаправленного, так и реверсивного счета,При использовании реверсивного счетчика генератора 13 подаются импульсы на входы прямого или обратного счета в зависимости от состояния компаратора 9 на все время действия импульса с выхода формирователя 13.По окончании такта коррекция до момента генерации мультивибратором 14 очередного импульса функциональный преобразователь находится в режиме "Измерение", в течение которого на его вход вновь подается ток исследуемого сигнала,Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме "Измерение" прямо пропор-ционально зависит от входного тока:232 б 6 5 10 15 20 25 30 которых содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выходами первого, второго и третьего масштабных резисторов и первым выводом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов являются первым и вторым входами аппроксимирующей ячейки, выход операционного усилителя через второй ограничительный диодный элемент, выполненный на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, подключенных общим выводом через корректирующий резистор к шине нулевого потенциала, соединен с входом повторителя, соединенным с первым выходом аппроксимирующей ячейки и подключенным выходом к второму выводу третьего масштабного резистора, ключевой элемент, выполненный на транзисторе, база которого подключена к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к второму выходуаппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор соединен с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, эмиттер транзистора соединен с вторым выводом первого ограничительного диодного элемента, подключенного через второй нагрузочный резистор к шине нулевого потенциала, первые входы и аппроксимирующих ячеек объединены и подключеВЫъ, иЗм ВХ ттф где К определяется согласно выражению (2) .Из описания работы преобразователя видно, что определение поддиапаэона может произойти с погрешностью вызванной напряжением ухода нуля, но это на конечный результат измерения величины входного тока. не влияет. Погрешность выбора поддиапазона скажется только на выборе необходимого запаса по перегрузке на выбранном пределе измерения, который учитывается при выборе регистрирующего прибора,формула и з о брет енияфункциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и подключен к входу инвертора, источник двуполярного опорного напряжения, и аппроксимирующих ячеек, каждая из 35 4 С 45 50 55 ны к выходу дифференциального операционного усилителя, первый выходкаждой 1-й (д=1,2п) аппроксимирующей ячейки через д-й входной масштабный резистор и выход инверторачерез (и+1)-й входной масштабный резистор подключены к неинвертирующемувходу дифференциального операционного усилителя, второй выход каждой1-й аппроксимирующей ячейки соединенс соответствующим 1-м входом блокаиндикации, компаратор напряжения,выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, соединенноговыходом со счетным входом счетчика,первый вход компаратора напряженияподключен к шине нулевого потенциала,блок памяти, преобразователь код -аналог, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены мультивибратор, формиро"ватель импульсов и первая и втораягруппы иэ и ключей, информационныевходы которых подключены соответстго Составитель Н.З Техред Л.Олейни це Редактор Н.Рогул рректор Н.Король Заказ 2868/4 Тираж 672ударственного кои изобретений ива, Ж, Раушск Подписитета СССРкрытийнаб., д. 4/5 ВНИИПИ Гпо дел13035, Мо полиграфическое предприятие, гУжгород, ул, Проектная; изводстве 7 132 венно к отрицательиой и положительной шинам источника двуполярного опорного напряжения, управляющие входы д-х ключей первой и второй группы объединены и подключены к соответствующему -му выходу блока памяти, выход д-го ключа первой груп- пы соединен с вторым входом -й аппроксимирующей ячейки, первый выход 2326 8которой подключен к выходу д-го ключа второй группы, -й информационныйвход блока памяти подключен к второмувыходу -й аппроксимирующей ячейки,выход мультивибратора подключен квходу разрешения записи-считыванияблока памяти, входу сброса счетчикаи через формирователь импульсов квходу блокировки генератора импульсов