Регистрирующий прибор

Союз Советских Социалистинеския Республик(22) Заявлено 280373 (21) 1898482/18-21 Р 1) М с присоединением заявки йо(23) Приоритет 6 01 В 19/00 Государственный коннтет СССР по дедам изобретений н открытнйОпубликовано 2 Ы 2,80, Бюллетень йо 47 Дата опубликования описания 23. 12. 80(54) РЕГИСТРИРУЮЩИЙ ПРИВОР сИзобретение относится к измеритель ной технике, в частности к измерительным устройствам для регистрации в функции времени физических величин потока, преобразованных в электрические величины и может быть использовано в устройствах гидродинамики и аэродинамики и химической промышленности.Известны регистрирующие приборы содержащие мостовую схему сравнения, в одно из плеч которой включен первичный датчик-преобразователь, а в измерительную-диагональ-преобразователь "напряжение-ток", к которо му через промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилитель мощности,и блоки регистрации переменной и постоянной составляющих тока 1 . 20Изменение теплоотдачи первичного датчика-преобразователя, вследствие скоростных изменений потока, выэы" вает изменение его сопротивления, что обуславливает появление напряжения разбаланса (дифференциального напряжения), равного алгебраической сумме синфазных напряжений на выходе мостовой схемы сравнения. Напряжение разбаланса усиливается вход аным и промежуточным усилителем до максимально возможной для данного входного сигнала величины, практически равной величине выходного сигнала. Усилителем мощности, выполненным на эмиттерном повторителе, производится преобразование усиленного напряжения в величину тока.Широкий диапазон изменения напряжений в выходных цепях промежуточного усилителя мощности не позволяет получить высокую чувствительность и устойчивость устройства в широком спектре частот преобразуемых сигналов. Размах синфазных сигналов резко возрастает при попытке повысить чувствительность увеличением омического сопротивления первичного датчика-преобразователя. Широкий диапазон изменения напряжений, возникающий на выходе промежуточного усилителя в условиях изменяющегося во времени потока и наличии. тепловой и электронной обратной связи, вызывает колебания напряжений в узлах схемы,обусловленные наличием диффузионных и барьерных емкостей р=п переходов полупроводниковых элементов, а также паразитных емкостей электромонтажных соединений. Колебания напряжений78976 в узлах схемы порождают неустойчивость иэ-за Фазовых задержек сигнала,вызывающих генерацию, а введение различного рода корректирующих цепей(фильтров) ухудшает чувствительностьв полосе непропускания, что соответствует ограничению спектра частот Зпреобразуемых сигналов.Прибор сложен в эксплуатации,что обусловлено необходимостью тщательной компенсации емкости кабельной линии, используемой для переда"чи сигнала от первичного датчикапреобразователя ко входу устройства.Кроме того,. известное устройствоне позволяет обеспечить широкий диапазон изменения уровней преобразуемых 33сигналов беэ изменения уровня напряжения, питающего промежуточный уси:литель постоянного тока, что вызвано необходимостью иметь на входеусилителя мощности, выполненного ;щна эмиттерном повторителе, широкийдиапазон изменения напряжения.Цель изобретения - упрощениекойструкции, повьхаение чувствительности и устойчивости в широкомспектре частотПоставленная цель достигаетсятем, что регистрирующий прибор, содержащий мостовую схему сравнения,в одно из плеч которой включен пер- ЗОвичный датчик-преобразователь,а визмерительную - диагональ-преобразователь "напряжение-токф, к которомучерез промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилитель мощности,и блоки регистрации переменной и постоянной составляющих тока,снабжен корректирующим и компенсирующим источниками тока, а преобразователь "напряжение-токф,промежуточный усилитель и усилитель мощности выполйены двухканальными, причем прямой выход усилителя мощностисоединен со входом мостовой схемысравнения, с выходом корректирующегоисточника тока и с блоком регистрации переменной составляющей тока,а инверсный - с компенсирующим источником тока и блоком регистрациипостоянной составляющей тока.Кроме того, с целью расширения щуровней преобразуемых сигналов, преобразователь "напряжение-ток" выполнен в виде параллельно-балансногоусилителя с источником тока в эмиттерной цепи, в коллекторные цепиЯкоторого включены диоды в прямомнаправлении,На Фиг.1 изображена Функциональная схема устройства на Фиг.2принципиальная схема входного каскада, ЮОРегистрирующий прибор содержитмостовую схему 1 сравнения в одноиз плеч которойвключен первичныйдатчик-преобразователь 2, преобразователь "напряжение-ток" 3, промежу 9 4точный усилитель 4 постоянного тока,усилитель 5 мощности, причем, пря"мой выход усилителя мощности соединенсо входом схемы сравнения, с выходомкорректирующего источника 6 тока ис блоком 7 регистрации переменнойсоставляющей тока, а инверсный - скомпенсирующим источником 8 тока и сблоком 9 регистрации постоянной составляющей тока. Входной каскад, выполненный в виде параллельно-балансного каскада, состоит иэ транзисторов 10 и 11, базовые выводы которых образуют точки подключения входного сигнала 12 и 13/ эмиттерные выводы соединены с источником 14 тока, а коллекторные соединены соответственно с включенньвя в прямом направлении диодами 15,16 и образуют точки съема выходного дифференциального сигнала 17 и 18При нулевой скорости потока на вход предварительно сбалансированной мостовой схемы 1 сравнения поступает ток от прямого выхода усилителя 5 мощности и ток от корректирующего источника 6 тока, величина которого опре,деляет начальный перегрев первичного датчика-преобразователя в функции от температуры потока. Компенсирующим источником 8 тока компенсируется ток .на инверсном выходе усилителя 5 мощности, соответствующий нулевому потоку. Скоростные изменения потока вызывают изменение теплоотдачи первичного датчика-преобразователя 2,а,сле,довательно, и изменение его сопротивления, что обуславливает появление напряжения разбаланса, которое выделяется как дифференциальное Ч из разности синфазнык ЧС, Чс на соответствующих выходах мостовой схемы 1 сравнения, т.е.Ч.-Ч -Ч(1)9 с 1 саДифференциальный сигнал Ч,поступающий через точки подключения входного сигнала 12 и 13 на преобразователь "напряжение-ток" 3, обуславливает распределение общего эмиттерного тока, генерируемого источником 14 тока, между коллекторами транзисторов 10 и 11. При условии, то коэффициенты передачи тока с ранзисторов 10 и 11 равных между собой и равны 1, т.е. 4 ц = ю в .1 расУ пределение тока между коллекторами может быть определено следующими выражениями, полученными из формулы, связывающей токи и напряжения в идеальном рп переходе.Д ъМ1)кто 4 Р ЗЯ.Ччаеф чИ 1+Юсгде к 1 дк - токи в коллекторахтранзисторов 10 и 11;314 ток генерируемыйисточником тока 14; постоянная Больцмана;6 - заряд электрона;Т - температура в градусахКельвина.Коллекторные токи дк 1 о, к 11 проходя через соответствующие дйоды 15 и 16,создают на них падения напряжений (синфазные напряжения),которые могут быть определены следующими выражениями: Ч 16-Чт11эт 1 ь(5) 0 где Ч , Ч - синфазные напряжения1 бна диодах соответственно 15 и 16;эт - токи насыщения дио 315 16дов 15 и 16.Дифференциальный выходной сигнал М ьы снимаемый с точек 17 и 18,опре. деляется как разность синфазных напряжений с диодов 15 и 16 30(6) Подставляя значения синфазных напряжений из (4) и (5) в выражение (6) с учетом (2) и (3) и принимая, чтотоки насыщенияэт 1%,зт 16между собой, получим,ы= - (Из уравнения 7 следует, что преоб разователь "напряжение-ток" 3 не дает усиления по напряжению, а повторяет дифференциальный входной сигнал и перемещает его на другой уровень. Кроме того, дифференциальный выходной сигнал Чц.вшч выделяется иэ разности синфаэных сигна- лов, которые равны величине падения напряжения на открытых диодах, включенных в прямом направлении. Вследствие этого сигналы мало меняются в процессе переключения эмиттерного тока. Промежуточным усилителем 4 постоянного тока производится усиление дифференциального напряжения ,Ьь до некоторой номинальной диф ференциальной величины, определяемой свойствами каналов, которая в несколькб раз меньше размаха синфаэных напряжений. Это обусловлено тем,что в двухканальной системе синфазные 0 напряжения, поступающие по разным каналам взаимно компенсируются. Уси/лителем 5 мощности производится преобразование усиленного дифференциальйого напряжения в прямой и инверсный д выходные сигналы, причем прямой выходной сигнал меняет величину тока через мостовую схему таким образом,чтоее равновесие восстанавливается.Приэтом, переменная составляющая выходйого сигнала с прямого выхода усипителя 5 мощности фиксируется блоком 7 регистрации переменной составляющей тока, а постоянная составляющая выходного сигнала фиксируется блоком 9 регистрации постояннуй составляющей тока. Малый размах синфаэных напряжений и ограниченная величина дифференци,альных сигналов, возникающих на выходе преобразователя фнапряжение-ток" 3 и на выходе промежуточного усилителя 4 постоянного тока, где режимные токи невелики, уменьшает влияние диффузионных и барьерных емкостей р-и переходов, а также паразитных емкостей монтажных соединений, что значительно уменьшает .задержку прохождения сигнала по каналам, Уменьшение времени прохождения сигнала по каналам и отсутствие значительных флуктуаций напряжений, обусловленных инвариантностью системы по отношению к влияющим факторам (промышленная помеха, температура и возбуждение) увеличивают запас по Фазе устойчивой работы устройства и исключают необходимость установ и корректирующих цепей с большой постоянной времени, которые могут ограничить спектр преобразуемых частот и вызвать переходные выбросы напряжений (увеличить время восстановления системы при импульсном воздействии сигнала, возникающем при турбулентных срывах потока). Увеличение запаса по фазе устойчивой работы и исключение переходных выбросов напряжения повышает чувствительность устройства в широком спектре частот преобразуемых сигналом и уменьшает влияние емкости кабельной линии. Дальнейшее уменьшение влияния емкости кабельной линии может быть ограничено изменением постоянной составляющей каждого из каналов усиления беэ использования дополнительных реактивных цепей,что значительно упрощает конструкцию.Малый размах синфаэных напряжений на открытых диодах 1 и 16 практически исключает насыщение коллекторных переходов преобразователя "напряжение-ток" 3 при увеличении синфаэных сигналов на его входах 12 и 13, что позволяет расширить уровень преобразуемых сигналов, уменьшить величину барьерной емкости коллекторного перехода, практически исключить влияние изменения напряжения коллекторного вывода на величину емкости.коллекторного перехода и тем самым исклю чить модуляцию ширины базы (эффект Эрли).Введение в устройство корректирующего и компенсирующих источников тока и выполнение преобразователя "напряжение-ток", промежуточного усилителя постоянного тока и усилителя мощности двухканальными, выгодно отличают предлагаемый регистрирующий прибор от известного, так как повышает чувствительность и устойчивость устройства в широком спектре частот, а также упрощает конструкцию,что обусловлено уменьшением времени прохождения сигналов по каналам и уменьшением времени восстановления при импульсном воздействии сигнала за счет небольших колебаниЯ синфазных и диф 7 ференциальных сигналов.Включение в коллекторные цепи параллельно-балансного каскада диодов в прямом направлении расширяет уровень преобразуемых сигналов беэ увеличения напряжения коллекторного питания, а также уменьшает динамическую емкость коллекторного перехода.Формула изобретения1. Регистрирующий прибор, содержащий мостовую схему сравнения,в одно иэ плеч которой включен первичный датчик-преобразователь, а в измерительную - диагональ-преобразователь "напряжение-ток",к которому через промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилительмощности, и блоки регистрации переменной и постоянной составляющихтока, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения конструкции,повьзаения чувствительности и устойчивости в широком спектре частот,онснабжен корректирующим и компенсирующим источниками тока, а преобразователь "напряжение-ток",промеО жуточный усилитель и усилитель мощности выполнены двухканальными,причем прямой выход усилителя мощностисоединен со входом мостовой схемысравнения, с выходом корректирующе 15 го источника тока и с блоком регистрации переменной составляющей тока,а инверсный - с компенсирующим источником тока и блоком регистрациипостоянной составляющей тока.Щ 2. Регистрирующий прибор по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения уровней преобразуемых сигналов, преобразователь"напряжение-ток" выполнен в виде2 э параллельно-балансного усилителя систочникам тока в змиттерной цепи,в коллекторные цепи которого включены диоды в прямом направлении,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "Вайсегу-Орегаед Апещощесг,Ога Туре 55, 005 Огаипц М 09055,03293.7897 б 9 Составитель Т. ВеремейкинаТехред Н. Бабурка Корректор Л. Иван дактор Г. Волко Заказ 9026/3 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 10 ВНИИПИ Государс по делам изоб 3035, Москва, Ж