Аналого-цифровой преобразователь неэлектрических величин

(21) 391383 (22) 20.06. (46) 15.06. (71) Научно структорскии ашин при/24-258, Бюлис слеинстов и блок 2 питания датчика, мостовои датчик 3, масштабирующий усилитель 4,фазочувствительный демодулятор 5, резисторы 6, 8, 9, интегратор 32, компаратор 11, П-триггер 12, элемент И14, ключ 10, тактовый генератор 13,делитель 15 частоты, формирователь16 временных интервалов, счетныйтриггер 22, формирователь 21 импульсов сброса, элемент 17 задержки,счетчик импульсов 18, формирователь27 результата, с целью повышения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, введены.:второй и третий счетчики 19 и 20 импульсов, первый и второй блоки 23 и 28 рсравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величины,блок 25 обработки, регистр 26 знака, блокчального порога измеряемойок 30 управления, формизного напряжени У 22овательски он ут испытател ерения едств м , бормасс(57) Изтельнойи можетство сопреобракомплекжащий и ОВАТЕЛЬ ПР ИН0- Ф ИЧЕСКИХ ВЕЛИЧбретение оттехнике и сбыть испольряжения перователей сом, В преоб 29 задания на величины, бл рователь 31четвертыи р 37 дискретн рится к яУ стем ован пилообра езистор 7 ости выхо ключ ых м го кода, 1 з.п,фымсодерычислител кнопка в оч ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1403374 А 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и системам управле-,ния и может быть использовано в уст:ройствах измерения механических величин, а также как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом.Целью изобретения является повышение точности преобразования за счеткомпенсации аддитивных помех,На фиг,1 приведена Функциональнаясхема преобразователя, на Фиг.2блока управления,Преобразователь содержит источник1 опорного напряжения, блок 2 питаниядатчика, мостовой датчик 3, масштабирующий усилитель 4, фазочувствительный демодулятор 5, четыре токоограничивающих элементов 6-9, выполненныхна резисторах, ключ 10, компаратор11, П-триггер 12, тактовый генератор13, элемент И 14, делитель 15, формирователь 16 временных интервалов,элемент. 17 задержки, первый, второйи третий счетчики 18-20 импульсов,формирователь 21 импульсов сброса,счетный триггер 22, первый блок 23сравнения, блок 24 задания порогаскорости изменения измеряемой величины, блок 25 обработки, регистр 26знака, формирователь 27 результата,второй блок 28 сравнения, блок 29 задания начального порога измеряемойвеличины, блок 30 управления, формирователь 31 пилообразного напряжения,интегратор 32, блок 33 масштабирования, линеаризатор 34, регистр 35 начальной нагрузки, вычитатель 36, переключатель 37 дискретности выходного кода, элементы 38 ИЛИ, кнопку 39,Блок управления содержит первыйи второй ннверторы 40 и 41, первыйи второй элементы 42 и 43 И.Преобразователь работает следующим образом.Мостовой датчик 3 питается от источника 1 опорного напряжения черезблок 2 питания датчика, который формирует парафазное напряжение, полярность которого переключается один разза цикл измерения,Усиленный сигнал разбаланса датчика 3 через масштабный усилитель 4,фазочувствительный демодулятор 5 ирезистор 6 подается на вход интегратора 32, Знак коэффициента передачиблока 5 переключается одновременнос полярностью напряжения питания датчика под действием выходного сигнала делителя 15 частоты, Опорный сигнал интегратора 32 формируется от источника 1 через резисторы 8 и 9 при помощи ключа 10. Компаратор 11 и Р- триггер 12 образуют традиционную схему формирования импульсов управления ключом 10 в устройствах с импульсной обратной связью. Элемент 14 И разрешает прохождение на счетчики 18-20 через элемент 17 задержки выходной частоты триггера 12 за время измерения, сформированное формирователем 16 временных интервалов, формирователь 21 импульсов сброса производит очистку счетчиков 18-20 перед поступлением в них выходной частоты триггера 12. Информация в счетчик 18 заносится в течение всего времени измерения, а в счетчики 19 и 20 - поочередно в течение двух равных частей этого времени. Очередностью занесения информации в них управляет счетный триггер 22, вход которого подключен к промежуточному выходу формирователя 16 временных интервалов, а прямой и инверсный выходы - к управляющим входам указанных счетчиков (при наличии на этом входе разрешающего сигнала информация заносится в счетчик, в противном случае занесение информации блокируется).Записанные в счетчиках 19 и 20 промежуточные значения выходной частоты .триггера 12 сравниваются первым блоком 23 сравнения, При попадании разности этих значений в зону, зада ваемую блоком 24, блок 23 выдает сигнал разрешения на управляющий вход формирователя 27 результата.С выходов счетчика 18 накопленное в нем число импульсов поступает в блок 25 обработки, где обрабатывается по следующему алгоритму: отмасштабирования с нужной дискретностью в блоке 33 информация линеаризуется (например, по методу кусочно-линейной аппроксимации) в блоке 34. По управляющему сигналу регистра 35 начальной нагрузки, приходящему на устано- вочный вход блока 25 обработки, информация с выхода блока 34 может быть занесена в регистр 35 начальной нагрузки, Выходная информация блоков 34 и 35 подается на входы вычитателя 36, осуществляющего вычитание из общей нагрузки значения нулевой нагрузки. Разность этих величин поступаетз 14033ца входы формирователя 27 регистра 26знака соответствецно, причем занесение информации в формирователь возможно только при наличии ца управля 5ющем входе этого регистра разрешающего сигнала, поступающего с выходапервого блока 23 сравнения.Выходная информация формирователя27 подается на вход второго блока 28сравнения, где она сравнивается с начальным порогом измеряемой величины,задаваемым блоком 29, При попаданиизначения информации внутрь зоны нуль -порог блока 29 блок 28 сравнения выдает разрешающий сигнал блоку 30 управления. Аналогичный сигнал подается на этот блок при появлении в регистре 26 знака информации о наличииотрицательной величины (в этом случае 20по установочному сигналу, поступающему на блок обработки, одновременноосуществляется перепись информациииз блока 34 в регистр 35, т.е, корректируется значение начальной нагрузки),При наличии на первом входе блока30 управления разрешающего сигналаот блока 28 сравнения блок 30 включает формирователь 31 пилообразного,напряжения. который через резистор 7выдает дополнительный ток на вход интегратора 32.Полярность этого зависит от наличия или отсутствия на втором входе35блока 30 управления выходного сигнала от регистра 26 знака: при наличиисигнала от блока 26 выходное напряжение блока 31 увеличивается, а при отсутствии - уменьшаетсяПод воздействием дополнительного тока на выходеинтегратора регистр 26 и формирователь 27 стремятся установиться в состояние, соответствующее нулевой нагрузке (т.е. нули в формирователе 27и состояние, соответствующее знакуплюс в регистре 26). При ненагруженном датчике (т,е. при наличии разрешающего сигнала с блока 28) величинавыходного напряжения блока 31 рыска 50ет в пределах единицы младшего разряда индикации, периодически пилообразно увеличиваясь и уменьшаясь. 74ца котором его застало окончание разрешающего сигцала от блока 28.При наличии изменений входной величины со скоростью, большей скорости дрейфов элементов преобразователя, работа системы коррекции аддитивцых помех блокируется запрещающим сигналом на выходе блока 23, так как при этом запрещается передача информации в формирователь 27 результата.В случае превьппецпя значением информации формирователя 27 порога, задаваемого блоком 29, блок 28 срав - неция через блок 30 запрещает изменение напряжения на выходе блока 31 (т,е. нулевое значение фиксируется).При необходимости ручного изменения начальной нагрузки при нажатии ца кнопку 39 ручной установки через элемент 38 И разрешается перепись содержимого блока 34 в регистр 35 блока 25 обработки.Для предотвращения нежелательных изменений информации вблизи нулевого уровня (внутри зоны порога начальной нагрузки, т.е, в неинформациоцном участке диапазона работы) переключатель 37 дискретности выходного кода блокирует изменение информации в младших разрядах формирователя 27 результата (число этих разрядов обычно составляет 1 десятичный или 4 двоичных).Таким образом, при работе вне эоны порога, задаваемого блоком 29, работа устройства аналогична работе прототипа. При нулевой нагрузке на датчик медленные дрейфы напряжения смещения демодулятора и интегратора компенсируются по мере натекания отклонения от нулевых показаний, При быстром изменении измеряемой величины работа компенсатора прекращается и не возобновляется до момента успокоения в разгруженном состоянии.Такое построение преобразователя позволяет устранить аддитивные неинформативные воздействия ( гуход нуля"), т.е. повысить точность измерения входной механической величины.,Формула изобретенияПри отсутствии разрешающего сигнала от,:блока 28 блок 30 останавливает работу формирователя 31 пилообразного напряжения, выходное напряжение котового фиксируется на том уровне,1. Аналого-цифровой преобразователь неэлектрических величин, содержащий мостовой датчик, первый и второй выходы измерительной диагонали которого подключены соответственнок первому и второму входам масштабирующего усилителя, а первый и второй входы диагонали питания соединены соответственно с первым и вторым выходами блока питания, вход опорного напряжения которого объединен с первым выводом первого токоограничивающего элемента, выполненного на резисторе, и подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход блока питания объединен с одноимен-, ным входом фазочувствительного демодулятора, информационный вход которого соединен с выходом масштабирую щего усилителя, а выход подключен к первому выводу второго токоограничивающего элемента, выполненного нарезисторе, второй вывод которого объединен с первым выводом третьего токоограничивающего элемента, выполнен, ного на резисторе, и соединен с входом интегратора, выход которого через компаратор подключен к 0-входу 0- триггера, С-вход которого объединен 25 с первым входом элемента И, входом делителя частоты и соединен с выходом тактового генератора, второй вход элемента И объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу ЗО В-триггера, информационный вход ключа является шиной нулевого потенциала, а выход соединен с вторыми выводами :первого и третьего резисторов, тре тий вход элемента И подключен к пер 35 вому выходу формирователя времЕнных интервалов, вход которого соединен с выходом делителя частоты, информационный вход первого счетчика подключенк выходу элемента задеРжки, формиро ватель импульса сброса, формирователь результата, счетный триггер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьшения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, в него введены формирователь пилообразного напряжения, четвертый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, второй и третий счетчики импульсов, первый и второй блоки сравнения, блок задания начального порога, скорости изменения измеряемой величины, блок управления, блок задания начального порога измеряемой величины, регистр знака, элемент ИЛИ, кнопка, блок обработки, выполненный на последовательно соединенных блоках масштабирования, линеаризаторе, вычитателе и регистре начальной нагрузки, входы данных и выходы которого соединены соответственно, с соответствующими выходами линеаризатора и вторыми входами вычитателя, выходы блока задания начального порога скорости изменения измеряемой величины соединены с соответствующими первыми входами первого блокасравнения, вторые и третьи входы которого подключены соответственно ксоответствующим информационным выходам второго и третьего счетчика импульсов, информационные входы которого объединены и подключены к выходу элемента задержки, установочныевходы первого, второго и третьегосчетчиков импульсов объединены и подключены к выходу формирователя импульсов сброса, вход которого подключен к первому выходу формирователявременных интервалов, вход которогообъединен с управляющим входом блокапитания датчика, а второй выход соединен с входом счетного триггера,прямой и инверсный выходы которогосоединены соответственно с управляющими входами второго и третьегосчетчиков импульсов, первый и второйвходы формирователя пилообразногонапряжения подключены соответственнок первому и второму выходам блока питания датчика, первый вывод четвертого резистора соединен с входом интегратора, а второй вывод подключенк выходу формирователя пилообразногонапряжения, третьи входы которогосоединены с соответствующими выходами блока управления, выходы блока задания начального порога измеряемойвеличины соединены с соответствующими первыми входами второго блокасравнения, выход переключателя дискретности выходного кода соединен свходом переключателя дискретностиформирователя результата, а входобъединен с первым входом блока управления и подключен к выходу второго блока сравнения, второй вход блока управления объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к выходу регистра знака, вход которого объединен с входом формирователя результата и соединен с соответствующимивыходами вычитателя, информационныевходы блока масштабирования соединены с соответствующими информационными выходами первого счетчика импульсов, а установочный вход регистра1403374 ЛО,Составитель Ю.Спиридонедактор Н.Горват Техред М.Ходаиич ректор С.Черни 56 Тираж 928ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ра Заказ 30 дписСР комитетаи открытийская наб.,полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная сиз стве начальной нагрузки подключен к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом кнопки, управляющий вход формирователя результата подключен к выходу первого блока сравнения, а выходы соединены с соответствующими вторыми входами и второго блока сравнения и являются выходной шиной. 2. Преобразователь по п. 1, о т -личающийся .тем, чтоблокуправления выполнен на первом и втором элементах И и первом и втором инверторах, выходы-первого и второгоэлементов И и первого инвертора являются соответствующими выходами блокауправления, первые входы первого ивторого элементов И объединены с входом первого инвертора и являются первым входом блока управления, второйвход второго элемента И соединен свыходом второго инвертора, вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и является вторым входом блока управления.