Аналого-цифровой преобразователь время-импульсного типа

Опублико о 25 01 80. ллетень ЭЙ б 81,32588,8) Дата опубликования оп 72) Авторы изобретения; М. Бромберг и алов Всесоюзный институт по проектированию организации энергетическогостроительства "Оргэнергострой", Куйбышевский филиалляется расширениеостей преобраэоватеИзобретение относится к области измерительной техники и может найти применениев информационно-измерительных системах, предназначенных для высокоточного измерения раз.личных электрических и неэлектрических пара 5метров, в системах контроля и технической;диагностики, испытательных стендах.Известны аналого-цифровые преобразователи время-импульсного типа, предназначенныедля измерения и цифрового кодирования иэме 1рительной информации, преобразованной предва.рительно в напряжение 11,Недостаток этих устройств заключается вих ограниченных функциональных возможностях.Известен также аначого-цнфровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником Мопорного напряжения, а два друтих соединенычерез коммутатор со входом усилителя, выходкоторого подключен к первому входу нуль.органа, генератор пилообразного напряжения,выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости,подключенный ко второму входу нуль-органа,выход которого через триггер соединен совходом элемента И, выходом подключенногок последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством 2.Известный преобразователь не позволяетизмерять непосредственно значения емкости,индуктивности, сопротивления, а также неэлектрические величины, представленные в виде этих, параметров.Целью изобретения явфункциональных возможнля,Поставленная цель достигается тем, чтоаналого-цифровой преобразователь, содержащийвходное устройство, выполненное в виде трехпоследовательно соединенных сопротивлений,одно из которых соединено через управляемыеключи с источником опорного напряжения,а два других соединены через коммутатор со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу куль органа, генератор пило. образного напряжения выполнещый в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости, подключенный ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последовательно со. единенньм счетчику импульсов, арифметичес. кому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединен. ный с триггером и арифметическим устройством, дополнительно снабжен преобразователями сощотивления, индуктивности и емкости в напряжение, подключенными к блоку управления и выполненными в виде последова тельно-параллельно соединенных через управл емые ключи измеряемого и двух эталонных сопротивлений, индуктивности и емкостей соответственно, а также преобразователем перемещения, содержащим конденсатор, имеющий три пары плоскопараллельных электродов, две из которых идентичны друг другу, а расстояние между электродами. третьей пары изменено на известную величину, все подвижные электроды кинематически связаны с рычагами, измеряющими перемещение; причем коэффщиенты передачи рычагов идентичных пар электродов отличаются друг от друга; преобразова тель сопротивления подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, преобразователи индукппэности и емкости включены в частотно-зависимую цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемещения подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.На чертеже изображена функциональная электрическая схема устройсва.Входное устройство 1, выполненное в"виде последовательно соединенных трех сопротивле. ний 2, 3 и 4, через управляемые ключи 5 и б подключено к источнику опорного напряжения 7. К выходу устройства 1 через коммутатор 8 подключен .усилитель 9, к выходу которого подключен один из входов нуль.органа 10. К другому входу нуль-органа подклю .чен генератор 11 пилообразного напряжения (ГПН), собранный на транзисторах Т, и Т,. Ко входу ГПН подключен преобразователь сопротивления 12, выполненный в виде последовательно-параллельно соединенных через управ ляемые ключи 13 - 15 измеряемого Ви эта. лониых В и В сопротивлений, К выходуэт этаГПН подключен преобразователь перемещения 16, выполненный в виде конденсатора, имеющего три пары 17, 18, 19 плоскопараллельных электродов, причем подвижные .электродых пар связаны с рычагами 20, 21, 22, из 1680 10 15 20 25 30 45 4меряющими перемещение. Подключение электродов производится ключами 23 - 26. Выход генератора 27 заполняющей частоты (Г 34) со. единен с частотноэависимой цепью 28, в ко. торую включеьпл преобразователь индуктивности 29, выполненный в виде последовательно- параллельно соединенных через управляемые ключи 30, 31, 32 измеряемой индуктивноспти двух эталонных индуктивностей Х1 т и преобразователь емкости 33 в виде этпоследовательно-паралелльно соединенных через управляемые ключи 34 - 37 измеряемой емкости С и двух эталонных емкостей С . и С,который подключен к одному из входов элемента И 38, ко второму входу которого подключен триггер 39, К выходу ячейки И 39 подключен счетщк 40 к выходу которого включено арифметическое устройство 41, выход которого подключен ко входу устройства 42 цифровой индикации, Выходы блока 43 управления подключены к управляемым ключам 5, б, 13 - 15, 23 - 26, 30 - 32, 34 - 37, к коммутатору 8, а также к триггеру 39 и к арифметическому устройству 41.Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.В режиме измерения напряжения измерение проводится в трч такта, В первом такте блок управления 43 открывает клюдт 5 и б, в результате чего источшпс опорного напряжения 7 подключается к сопротивлению 2 входного устройства 1. Одновременно блок управления перекл."очает коммутатор 8 в положе. ние, при котором на вход усилителя 9 пода. ется налод кение с сопротивлений 3 и 4 входного устройства. Таким образом, в первом такте на вход усилителя подается сумма измеряемого напряжения О и опорного напряжения Оо . Во втором такте измерения блок управления 43 закрывает ключи 5 и 6, отклю. чая тем самым источник опорного напряжения 7. Коммутатор 8 остается в положении, при котором на вход усилителя 9 поступает напряжение О. В третьем такте измерения ключи 5 и 6 остаются закрытыми, а блок управления 43 переключает коммутатор 8 в положение, при котором на вход усилителя 9 подается напряжение К,О,с с сопротивления 4 делителя, имеющего коэффициент передачи К, .В каждом такте измерения напряжение с выхода усилителя 9 поступает на один из входов нуль-органа 10, В начапе каждого такта измерения по сигналу с блока управления 43 размыкается ключ 26 и на второй вход нуль-органа 10 начинает поступать нараста. ющее напряжение с ГПН 11, Одновременно с блока управления 43 поступает сигнал, открывающий триггер 39, С этого момента через элемент 38 в счетчик 40 начинают поступать711680 35 40 и импульсы высокочастотного напряжения с генератора 27. В момент равенства напряжений на обоих входах куль-органа 10 в каждом такте измерения на его выходе возникают сигналы, закрывающие триггер 39. Через 5 элемент И 38 в счетчик 40 прекращается по. ступление импульсов высокочастотного напряжения. Числа импульсов Й К, и И накоп ленные в счетчике в первом, втором и треть. ем тактах измерения, пропорциональны напряжениям О + О, О и К.О соответственх оп хно. Измерение сопротивления проводится в четыре такта, В первом такте блок управле ния 43 размыкает ключи 13 и 14 и замыка ет ключ 15, подключая тем самым ко входу ГПН 11 сопротивление В, входящее в состав преобразователя сопротивления 12. Во втором такте блок управления 43 размыкает 20 ключ 14. Ко входу ГПН 11 оказываются подключенными последовательно соединенные сопротивления В и В ,ЭТАВ третьем такте блок упраления 43 замы. кает ключ 13, подключая параллельно сонро тивлениям В и В сопротивление ВэТ .1 Эя Ключ 14 остается замкнутым. Таким образом, ко входу ГПН 11 оказывается подключенным сопротивлениеВ,(В +В ) 30Эта Х Эт Х эт Э 7+В +ВВ четвертом такте блок управления 43 вновь замыкает ключ 15, ключ 13 остается замкнутым, ключ 14 размыкается, Ко входу ГПН 11 оказывается подключенным сопротивлениеВ (В +В ) Т1 2.В начале каждого такта измерения сопротивления Вх по сигналу с блока управления 43 размыкается ключ 26 и линейнонарастающее напряжение с выхода ГПН 11 начинает 4 поступать на один из входов нульоргана 10.Скорость нарастания этого напряжения в каж. дом такте определяется юком , и, следовательно, значением сопротивления преобразователя 12, а также значением емкости преобразователя перемещения 16 ГПН, которое оп. ределяется произвольным состоянием ключей 23 - 25. Это состояние ключей остается неизменным в течение всего цикла измерения сопротивления.15На второй вход нуль-органа 10 поступает постоянное напряжение с выхода усилителя 9. Значение этого напряжения определяется произ. вольным состоянием ключей 5, 6 и коммута. 6тора 8, которые остаются неизменными в те. ение всего цикла измерения ЯВ начале каждого такта измерения В 1 с блока управления 43 поступает сигнал, открывающий триггер 39, С этого момента че. рез элемент И 38 в счетчик 40 начинают по. ступать высокочастоплые импульсы с Г 34 27. Частота импульсов зависит от значений индукгивности преобразователя 29 .и емкости преобразователя 33 частотнозависимой цепи 28 Г 34 27, которые определяются, в свою очередь, произвольным состоянием управляемых ключей 30 - 32 и 34 - 37 соответственно. Это состояние остается неизменным в течение все. го цикла измерения сопротивления,В момент равенства напряжений на обоих входах нуль-органа в каждом такте измереши на его выходе возникают сигналы, закрывающие триггер 39, При этом поступление импульсов высокочастотного напряжения в счетчик 40 прекращается, Числа импульсов ч, йр И Ынакопленные в счетчике в первом, втором, третьем ичетвертом тактах измерения, пропорциональны величинам сопротивлений, подключенных в каждом такте ко входу ГПН 11. Результат четырех тактов измерения посту.пают в арифметическое,устройство 41, гдеформируется цифровой эквивалент измеряемого сопротивлешя ВК,Измерение индуктивности проводится вчетыре такта. Б первом такте блок управления43 размыкает ключи 30 и 31 и замыкаетключ 32. При этом в частотнозависимую цепь28 Г 34 27 включается индуктивность 1 , Вовтором такте блок управления 43 замыкаетключ 31 и размыкает ключи 30 и 32, В частотнозависимую цепь 28 Г 34 27 включаетсяиндуктивность 1.+ 1. Т . В третьем тактезамыкаются ключи 30 и 31, в частотнсзависимую цепь 28 Г 34 27 включается индуктивность1.3 О- + 1- )3 Т х зт,"х ф эт+ зт,В четвертом такте замыкаются ключи 30 и 32, ключ 31 размыкается. В частотнозависимую цепь 28 Г 34 27 включается индуктивностьх зт,зт,) х эт, эт+В каждом из четырех тактов измерения час. гота Г 34 27 функционально связана со значе. нием индуктивности преобразователя 29, включенного в частотнозависимую цепь 28. Формирование измсритслыюго интервала происход 1 п аналогично описанному.Результаты четырех тактов измерения поступа 1 от в арифметическое устройство 41, где формируется цифровой эквивалент измеряемой инцуктивцостиИзмерение емкости про/водится в четыре такта, Прц этом осущест цляется следующая нослсдоцательнОсть цклю. чения ключей 35 - 37 коЯму"чцж 1 с 1 цих элемецть 1 С, С, ц С,т преобразователя емкое. ти частотнозависимой цепи 28 Г 34 27. В пер. вом такте замыкается ключ 37, ключи 34.36 разомкнуты, В частотцозависнмую цепь 28 Г 34 27 включается емкость С, .Во втором такте замыкаются кщочи 35 и 137, ключи 34, Зб размыкаются. В частотцозависимьчо цепь 28 1"34 27 цкл 1 счается емкость, С + С, В третьем такте замыкаются клюЗТчи Зэ и 36, кггючи 34, 37 размыкатотся. В час. тотнозацисимую цепь 28 включена емкостьСХ + Ст, СЭт 2В четвертом такте замыка 1 отся ключи 34 и 36, ключи 35 и 37 размыкаются. В контур цкщочена емкостьСхвт ЗТ 2Х, 2.В результате операццй, аналогичных описанным выше для измерения индуктивцости,получается цифровой код, соотцетствующиии мергемой величине С , Измерение перемещения х проводится ц три такта. В первомтакте блок управления 43 замыкает ключ 23,ключи 24 и 25 разомкнуты, К выходу ГПБ 11Оказь 1 вается подкл 1 счелБОй 1;.,Лвая папаэлектоодов коцде:юатор 1 .есбразоцатегс. пе.ремешения 16, Бо второх акте замыкаетсяключ 2.1, гьэдключея к в 1,.:.Одт Г 11 г 1 пару- "1 т 1электродов 18. В т 11 еть:.м такте замыкаетсяключ 25, к выходу Г 1 И 11 подключается пара электродов 19,Результаты трех тактов измерения поступают в арифметическое устройство 41, где формируетса результат.Результаты измерения всех параметров по лучаются в цифровой форме непосредственно в единицах измеряемых параметров и инцицируются устройством индикации 42. Формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь, содеркащий входное устройство, выполненное ввиде трех последовательно соединенных сопрот 1 щле 1 гий, одно из которых. соединено черезуправляемые ключи с источником опорногонапряжения., а два других через коммутаторсоединены со входом усилителя, выход которого подкл 1 очец к первому входу нуль-органа,1 О генератор пилообразного напряжения, выпол.ненцъ 1 й в виде стабилизатора тока с зада 1 ощимсопротивлением и вь 1 ходной емкости, подключенцьгй ко второму входу нуль-органа, выходкоторого через триггер соединен со входом15 элемента И, выходом подключенного к после.доцательцо соединенным счетчику импульсов,арифметическому устройству и устройству циф.ровой индикации, а также блок управления,соединепцый с триггером и арифметическим20 устрой 1 ством,о тли чаю щий сятем, что, с целью расширения функциональныхвозмокцостей, он дополнительно снабжен преобразователями сопротивления, индуктивностии емкости в напряжение, подключенными к25 блоку управления и выполненными в видепоследовательно-параллельно соединенных черезуправляемые ключи измеряемого и двух эталонных сопротивлений индуктиццостей и емкостей соответственно, а также преобразовао телем перемещения, содержапгим конденсатор,пме 1 ощий три пары ппоскопараллельных электродов, две из которых идентичны друг другу,а расстояние между электродами третьей пары изменено на известную величину, все подвижные эл.:;стрсды кицематически связаны соычагами,:змерлющими перемещение, причем1коэффищ 1 ецты 11 ередачи ",)ычагов идентичныхпар электродов отпгчаются друг от друга; преобразователь сопротицпеция подключен ко вхо.1 О ду генератора пилообразного напряжения, преооразователи ицдуктивцости и емкости включены ц частотыозацисимуто цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемещения подключен к выходу генератора пи 45 лообразного напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Хлистунов В, Н, Основы цифровойэлектроизмерительной техники и цифровые5 О преобразователи, М,-П., "Энергия", 1966.2. Авторское свидетельство СССР У 267748,кл. С 01 Я 13/02, 4.11,68.711680 26/42 исноеЦНИИпо д11303 Подлого комитета СССРи открытийРаушская наб., д, 4/5 Тираж 995 ПИ Государственн елам изобретений 5, Москва, Ж,Зак иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Пр Составитель Ю. БогдановРедактор Н. Веселкина Техред Э.Чужик Корректор Н. Г. Назаро