Компенсационный интегратор

бвадвать а У.; О САН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)м, л,з С 06 6 7/186 Государственный комитет СССР яо делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230181 А.Н. Могилевский, В.А. Славный, М.З. Ташчян и Р.И. Бигвава(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ИНТЕГРАТОР Изобретение относится к электрон. ной измерительной технике, в частности к электронным интеграторам длительных сигналов и может быть испольэоваВ 5 но, например, в кулонометрии.Известны электронные компенсационные интеграторы, работа которых основана на использовании решающих усилителей с емкостной обратной свя-зью. В этих интеграторах сначала интегрируют измеряемый (входной) сигнал, а затем компенсационный сигнал или разность измеряемого и компенсационного сигналов 11 .Недостатками интеграторов являют ся перерывы в интегрировании входного сигнала и недостаточно высокая точность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 26 интегратор, содержащий интегрирующий решающий усилитель, суммирующий хронометр и блок управления, в состав которого входят источник компенсационного (эталонного) напряжения, гистерезисное переключающее устройство и командное устройство (21 .При работе интегратора командное устройство подает на его вход измеряемое (входное)напряжение. При этом 30 напряжение на выходе решающего усилителя начинает увеличиваться, Когда оно достигает уровня срабатывания гистерезисного переключающего устройства, которое выполняет функции компаратора с двумя уровнями, это устройство включает источник эталонного напряжения последовательно и встречно с источником входного напряжения, а также подает на вход "Старт" хронометра запускающий импульс. Далее напряжение на выходе решающего усилителя начинает уменьшаться, и, когда оно достигнет уровня отпускания гистерезисного переключающего устройства, последнее отключает источник эталонного напряжения и одновременно останавливает хронометр, подавая соответствующий импульс на вход "Стоп" хронометра. Описанные процессы циклически повторяются в течение всего времени интегрирования входного сигнала. Величина интеграла оценивается по величине суммарного времени включения источника эталонного напряжения, показываемого хронометром.НедостаткоМ данного интегратора является сложность его настройки перед измерением, обусловленная необЦель изобретения - повышение точ- ности и упрощение настройки интегратора за счет устранения погрешности, обусловленной несовпадением уровней начального выходного напряжения решающего усилителя и напряжения отпускания гистерезисного переключающего устройства.Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого через первый переключатель соединен с источником эталонного напряжения, один из выводов которого через второй переключатель подключен к источнику входного сигнала, гистерезисное переключающее устройство, первый вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, первый выход " к управляющему входу первого переключателя, а вторые вход и выход гистерезисного переключающего устройства соединены соответственно с первыми выходом и входом командного устройства, и хронометр, введены компаратор, источник опорного напряжения и переключатели, причем первый вход компаратора подключен к выходу интегрирующего усилителя, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения, а выход компаратора связан с размыкающим и замыкающим контактами соответственно третьего и четвертого переключателей, замыкаюший и размыкающий контакты которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами гистерезисного переключающего устройства, а переключающие контакты третьего и четвертого переключателей подключены соответственно к входам "Старт" и "Стоп" хронометра, управляющие входы третьего и четвертого переключателей подключены к третьему и четвертому выходам командного устройства.На фиг. 1 приведена функциональная схема интегратора; на фиг. 2 временные диаграммЫ, иллюстрирующие работу интегратора.Компенсационный интегратор содержит интегрирующий усилитель 1 с емкостной обратной связью, к выходу которого подключено гистерезисное переключающее устройство 2, управляю.щее переключателем 3, и компаратор 4, выполненный в виде дифференциального усилителя 5, один из входов ко 45 50 55 бО 65 содимостью точного совмещения уровЙей начального выходного напряжениявмещающего усилителя и напряженияотпускания гистерезисного переключающего устройства. Неточность указанного совмещения приводит к погрешности интегрирования, величина которой возрастает с уменьшением величины входного напряжения,. 5 10 20 25 ЗО 35 40 торого соединен с выходом усилителя 1, а другой - с выходом источника б. опорного напряжения компаратора. Источник 7 входного напряжения и источ ник 8 эталонного (компенсирующего) напряжения соединены одноименными полюсами через переключатель 9 и подключены к входу интегрирующего усилителя 1 через переключатель 3, Время включения источника 8 эталонного напряжения измеряется хронометром 10, входы "Старт" и "Стоп" которого через переключатели 11 и 12 соединены с гистерезисным переключающим устройством 2 и выходом усилителя 5 компаратора 4. Управление работой переключателей 9, 11,и 12, а также уровнями срабатывания и отпускания переключающего устройства 2 осуществляется командным устройством 13, которое в совокупности с источником 8, переключателями 3, 9, 11, 12 и переключающим устройством 2 образует блок управления, Между переключающим устройством 2 и командным устройством 13 существует обратная связь.При практическом осуществлении ин тегратора гистерезисное переключающее устройство 2 с переключателем 3 может быть выполнено, например, в виде электромагнитного реле с переключающими контактными группами, а командное устройство 13 с переключателями 9, 11 и 12 - в виде совокупности коммутационных элементов (например, кнопки управления, галетные переключатели и т.п.). и электромагнитных реле с соответствующими контактными группами. Возможно выполнение переключающего устройства 2 в виде триггера Шмитта с электромагнитным реле на выходе. При работе интегратора в начальный момент переключатели 3, 9, 11 и 12 находятся в положениях, приведенных на фиг. 1. При этом источник 8 эталонного напряжения отключен переключателем 3 от входа решающего усилителя 1, аналогично отключен переключатель 9 и источник 7 входного напряжения. Вход усилителя 1 через переключатели 3 и 9 соединен с общей шиной. Вход "Старт" хронометра 10 через. переключатель 11 соединен с выходом дифференциального усилителя 5, а вход "Стоп" хронометра 10 через .переключатель 12 соединен с переключающим устройством 2. На выходе компаратора 4 имеется постоянное отрицательное напряжение (фиг. 2 а), обусловленное подачей на неинвертирующий вход усилителя 5 отрицательного напряжения Ос, от источника б опорного напряженйя. Величина напряжения источника б выбирается такой, чтобы она была меньше (с учетом полярности) величина напряжения отпусбО 65 кания Опереключающего устройства 2, а также возможной величины начального выходного напряжения интегрирующего решающего усилителя 1 (фиг.2 бНачало интегрирования задается командным устройством 13, которое, воздействуя на переключающее устройство 2, переводит переключатель 3 в верхнее по схеме положение. Одновременно с этим командное устройство 13 измеРняет (уменьшает) напряжение отпускания переключающего устройства 2 от1 величины О,яй до величины ОотпОпор. (фиг. 2 б). Напряжение на выходе интегрирующего усилителя 1 уменьшает):я (фиг. 2 б), так как на его вход подается переключателем 3 напряжение источника 8. Когда напряжение на выходе усилителя 1 по абсолютной вепичине станет равным напряжению Оисточника 6, напряжение на выХоде усилителя 5 компаратора 4 изменяет знак (фиг. 2 в) и на вход фСтарт" хронометра 10 поступает положительный перепад напряжения, включающий хронометр (момент со, фиг. 2 г).Когда уменьшающееся напряжение на выходе усилителя 1 достигает величины О (фиг. 26), переключающее устройство 2 переводит переключатель 3 в верхнее по схеме положение, отключая от входа усилителя 1 источник 8 эталонного напряжения, и через переключатель 12 подает на вход "Стоп" хронометра 10 импульс, останавливающий последний (момент о , фиг. 2 г). Кроме этого, переключающее устройство 2 через цепь обратной связи воздействует на командное устройство 13, которое выполняет следующие операции:а) переводит переключатель 9 в верхнее по схеме положение, подавая тем самым на вход решающего усилителя 1 входное напряжение (фиг. 2 а),б) переводит переключатель 11 в верхнее по схеме положение, подключая вход фСтартф хронометра 10 к выходу переключающего устройства 2,в) изменяет (увеличивает) напряжение отпускания переключающего устройства 2 от величины Одо величи 1ны Оотп Оолор(фиг. 2 б) .В результате,.указанных операций, напряжение на выходе усилителя 1 увеличивается (фиг. 2 б). Когда оно достигает величины О8, переключающее устройство 2 включает переключателем 3 источники 7 и 8 последовательно и включает хронометр 10 (момент на фиг. 2 г). После уменьшения напряжеия на выходе усилителя 1 до величиы О , переключающее устройство 2 отключает источник 8 эталонного напряжения и останавливает хронометр 10 (фиг. 2 г), Указанные компенсационные циклы интегрирования повторяют заданное командным устройством 13 число и-раз (или заданное время нн" тегрирования). Далее в момент(фиг. 2 г) командное устройство 13переключателем 9 отключает источник 7 ), входного напряжения, а переключателем 3 подает напряжение источника 8эталонного напряжения на вход усилителя 1 и запускает хронометр 10.Одновременно переключателем 12 вход"Стоп" хронометра 10 соединяется свыходом дифференциального усилителя5, Кроме того, командное устройство13 изменяет (уменьшает) напряжениеотпускания переключающего устройства 2 от величины Ор , до величиныО(аналогично тому, как это делалось в начале интегрирования). Нап. ряжение на выходе интегрирующегоусилителя 1 уменьшается в результате интегрирования напряжения источника 8,и когда оно достигает величины О р напряжение на выходе уси лителя 5 изменяет знак (фиг. 2 в),вследствие чего хронометр 10 выключается (момент с, , фиг. 2 г). После этого командное устройство 13возвращает все переключатели в исход ное положение - интегрирование входного напряжения окончено.Преимуществом предлагаемого компенсационного интегратора является то,что в нем нет необходимости совмещать уРовни начального выходного напряжения решающего усилителя и напряжения отпускания гистерезисного переключающего устройства, не требуетсятакже и их стабильности. Это упро-.щает настройку интегратора перед измерением и повышает точность интегрирования малых сигналов. Указанноепреимущество основано на том, чтовеличина напряжения на выходе решающего усилителя, с которого начинает ся и которым заканчивается интегрирование, зависит только от компаратора, введенного в состав интегратора,и не зависит от величины начальноговыходного напряжения интегрирующего 45 усилителя, от параметров переключающего устройства (последнее обстоятельство позволяет испольэовать в качестве переключающего устройстватакие "грубые" элементы, как электромагнитные реле), Повышение точности интегрирования, обеспечиваемоепредлагаемой конструкцией интегратора, оценивается на следующем конкретном примере. При использовании вкачестве переключающего устройствареле типа РПнеточность совмещения уровней начального выходного напряжения интегратора и напряженияотпускания реле составила ъ 0,1 В,указанная величина в основном определялась нестабильностью напряженияотпускания реле. При интегрированиивходного напряжения, равного -1 В,в течение 100 с и при постояннойвремени решающего усилителя 1 с,погрешность, обусловленная параметрами реле, составляет 0,1. В предлагаемом интеграторе эта погрешность отсутствует полностью.Формула изобретенияКомпенсационный интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого через первый переключатель соединен с источником эталонного напряжения, один из выводов которого через второй переключатель подключен к источнику входного сигнала, гистерезисное переключающее устройство, первый вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, первый выход - к управляющему входу первого переключателя, а вторые вход и выход гистерезисного переключающего устройства соединены соответственно с первыми выходами и входом командного устройства, и хронометр, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки, в интегратор введены компаратор, источник опорного напря жения и переключатели, причем первый вход компаратора подключен к выходу интегрирующего усилителя, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряженияа выход компаратора связан с размыкающим и замыкающим.контактами соответственно третьего и четвертого переключателей, замыкающий и размыкающий контакты которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами гистерезисного переключающего устройства, а переключающие контакты третьего и четвертого переключателей подключены соответственно к входам "Старт" и "Стоп" хронометра, управляющие входы третьего и четвертого переключателей подключены к третьему и четвертому выходам командного устройства.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Махнанов .В.Д., Милохин Н.Т,Устройства частотного и время-импульсного преобразования, М., "Энергия",1970, с. 107-112, 115-119.2. Авторское свидетельство СССРР 374618, кл. 6 06 6 7/18, 1971С. Белаинка Составите Техред М. рекгорИ Мус к 1, Кев та Зак Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,060/70 Ти ВНИИПИ Госуда по делам и 1.1035, Москва, Жаж 156ственн обрете 35, Ра го кии и шска Подписнитета СССРткрытийнаб., д. 4/5