Устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код

48 И 30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ " Союз Советских Социалистических Республик(23) Приорит Государственнын комите Совета Министров ССС 3) УДК 681.325(088.830 15.08.75. Бюллетен,публиков лам нзобретенни открытий Дата опубликования описания 26.12.75(71) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗО РЕЗИСТИВНЪ 1 Х ДАТЧИКОВ В Ц ИЯ СИГНАЛОВРОВОЯ КОД м пульс стройство дополнительн реле, ключ и регистр п лючен к диагонали пи Изобретение относится к о и и ной техники.Известно устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивным датчиком в одном из плечей, источник питания мостовой измерительной цепи, источник опорного напряжения, нуль-орган, цифровой параллельный делитель, логический блок управления, регистр памяти и цепь перезаписи, Выход источника опорного напряжения соединен со входами источника питания мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делителя,. выходы которого соединены со входом полу- моста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нуль-органа подключены к логическому блоку управления, первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делителя и через регистр памяти - с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управляющими входами цепи перезаписи и регистра памяти.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности,Для этого в у о введены полумост, а мяти. Полумост подк тания мостовой измерительной цепи, второй вход нуль-органа через перекидной контакт реле соединен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, нлп с точкой соединения ре зисторов полумоста, если ток проходит пообмотке реле, один выход которого соединен с источником питания, а второй через ключ - с оощим проводом и непосредственно со входом блока управления. Вход дополнительно- О го регистра памяти соединен со входами цифрового параллельного делителя и со входом регистра памяти, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом логического олока управления.5 11 а ф:пуре 1 показана структурная схемапредлагаемого устройства; на фигуре 2 - временная диа;рамма его работы в режиме градуировкн; на фигуре 3 - временная диаграмма работы устройства в режиме записи, 20 Ъ стройство содержит основную мостовуюизмерительную цепь, образованную сопротивлением датчика 1 и резисторами 2 - 5, и дополнительный полумост из резисторов 6 и 7, сопротивления которых выбраны равными со противлениям соответственно резистора 2 идатчика 1.Диагональ питания измерительной цени одним концом подключена к общему проводу, а другим - к выходу источника питания изме. зо рптельной цепи 8. Выход источника опорного3напряжения 9 соединен со входом опорного напряжения источника питания измерительной цепи 8 и цифрового параллельного делпеля 10 напряжения, выход которо:о связан с точкой соединения резисторов 4 и 5.Таким образом, резистор 5 шуптпрует выход делителя напряжения 10. Выбор сопротивления этого резистора приближенно можно произвести по формуле:пп п,выхУ й.вп - бип где Й; - сопротивление резистопа 5,.и - напряжение па выходе измерительной цепи при ее максимальном разбалансс,спп - опорное напряжение делителя,Йп ввх - выходное сопротивление делителя.Вследствие малости величины хь (едцницыО,и) существенно уменьшается время переходного процесса при установлении новой величины уравновешпваюшего напряжения па выходе цифрового параллельного делителя 10, чтоповышает быстродействие устройства.Первый вход нуль-органа 11 подан на точкусоединения резисторов 3 и 4. Второй входпуль-органа 11, построенного па основе дифференциального усилителя постоянного тока,посредством перекидного контакта реле 12,подключается к сигнальному зажиму датчика1, если реле обссточепо, и к точке соединениярезисторов 6 и 7, если реле под током.Первый вывод обмотки реле 12 подключенк напряжению питания Е, а второй - к неподвижному контакту ключа 13 (подзижпый контакт ключа соединен с общим проводом).Логический блок 14 управления устройствасодержит реверсивный счетчик 15, шдикатор16, генератор тактовых импульсов 17, делит.ль частоты 18, первую схему И - ИЛИ 19,счетчик времени 20, вторую схему И - ИЛИ21, триггер пуска 22, третью схему И - ИЛИ23 и переключатель рода работы 24. ВыходЬольше нуль-органа 11 связан со входомСложность реверсивного счетчика 15, явллощимся первым входом блока 14 управления, и первым входом индикатора 16, выход,Меньше нуль-органа соединен со входомВычесть реверсивного счетчика 15, являюшимся вторым входом блока 14 управления, ивторым входом индикатора 16. Счетный входреверсивного счетчика 15 подключен к первому выходу 25 генератора тактовых импульсов 17, второй выход 26 которого подан насчетный вход делителя частоты 18 и па первыйвход первой секции совпадения первой схемыИ - ИЛИ 19. Первьш выход 27 делителячастоты 18 является первым выходом управления логического блока 14. Второй выход 28делителя частоты 18 связан с первым входомвторой секции совпадения первой схемыИ - ИЛИ 19 и счетным входом счетчика времени 20, первый выход которого 29 подключен 1 О 15 20 зо 35 4 О 45 50 55 50 65 к первому входу первой секции совпадения в".орой схемы И -11 Л 11 21. Втооп .зыход 30 счсчка врсмспп 20 соед шен со входом Установка нуля генсратора тактовых импмльсов 17, а вход Установка нмл 5 счетчика време;.и 20 связан со входом Установка нуля делителя частоты 18, вторым входом второй секции совпадснил первой схемы И - ИЛИ 19 и единичным выходом 31 триггера пуска 22, нулевой выход 32 которого подан на второй вход первой секции совпадения первой схемы И - ИЛИ 19. ВхоСброса триггера пуска 22 является входом Сброса 33 логического блока 14 управления. Вход Установка единицы триггсра пуска 22 подключен на выход 34 третьеи схемы И - ИЛИ 23, первый вход 35 первой секции совпадений которой, являющийся третьим входом логического блока 14 управления, связан со вторым выводом обмотки реле 12. Второй вход псрвой секции совпадения третьей схемы И ИЛИ 23 соединен с первым еподвижным конкт 0 м 36 пе 1 зеклочатсля да работы 24 и вторым входом первой секции совпадения второй схемы И - ИЛИ 21. Первый вход второй секции совпадения третьей схемы И ИЛИ 23 является входом Запуск 3 логического Олока уп 1 завленил 14, а в:орой вход зторой секции созпаден:я третьей схемы И - -ИЛИ 23 свлзап со вторым неподивкпым коггактом 38 переключателя рода работы 24, т 1 зетьим входом второй секции совпадения первой схемы И - ИЛИ 19 и первым входом второй секции совпадения второп схемы И - ИЛИ 21, второй вход которой язллется входом логического блока 14 управления для спепального сигнала 39, например, сигнала ре:истрации экстремума. Третий неодвижпый контакт 40 псреклочателя рода работы 24 подключен ко входу установки исходно: о ко:а реверсивного счетчика 15, а подви 5 кпый контакт переключателя связан с общим проводом.Кодовые входы первого 41 и второго 42 регистров памяти связаны с кодовым выходом реверсивного счетчика 15, являющимся кодовым выходом логического блока 14, и кодовым входом цифрового параллельного делителя 10 напряжения. Кодовый выход первого регистра 41 памяти подан на кодовый вход цен, перезаписи 43, вход управления которой подключен к псрвому выходу 27 делителя частоты 18. Входы Запись первого 41 и второго 42 регистров памяти связаны, соответственно, с выходом 44 первой схемы И - ИЛИ 19 и с выходом 45 второй схемы 1 Л - ИЛИ 21. Эти выходы являются, соответственно, вторым и третьим выходами управления логического блока 14.С кодового выхода 46 цепи перезаписи 43 код измеряемого сигна;а подается на регистр ацшо.Прсооразователь имеет три режима работы.В режиме Установка нуля переключатель рода работы 24 устанавливается в положение, 48113055 б 0 65 5при котором его подвижный контакт замыкается с третьим неподвижным контактом 40. При этом в реверсивном счетчике 15 принудительно устацавливается некоторое небольшое исходное значение кода, а счет тактовых импульсов реверсивным счетчиком 15 становится невозможным.Ключ 13 устанавливается в разомкнутое положение, при этом второй вход нуль-органа 11 подключается к сигнальному выводу датчика 1. Изменяя величину любого цз резисторов 2, 3 или 4, по индикатору 16 балансируют мост основной измерительной цепи. Затем, замыкая к,цоч 13, подключают вход нуль-органа 11 к дополнительному полумосту ц изменением любого из резисторов 6 или 7 по индикатору 16 балансируют мост, образованный полумостом из резисторов 3, 4, 5 и дополнительным полумостом.В результате выполнения указанных выше операций на дополнительном полумосте запоминается начальное положение баланса основной измерительной цепи (с точностью не хуже погрешности квантования устройства). Учитывая, что резисторы 3 - 7 выполнены из материала высокой температурной и временной стабильностью электросопротивления (например, цз манганина) и в процессе статической градуировки не изменяются, можно, подключая периодически второй вход нуль-орган к дололнитсльцому полумосту, определять и учитывать дрейф нуля устройства в целом.После проведения операций режима Установка нуля устройство готового для использования в других режимах.В режиме Градуировка переключатель рода работы 24 устанавливается в положение, при котором его подвижный контакт замыкается со вторым неподвижным контактом 38. При этом ца третий вход второй секции совпаден гя первой схемы И - ИЛИ 19, первый вход второй секции совпадения второй схемы И в И 21 и второй вход второй секции совпадения третьей схемы И - ИЛИ 23 подается нулевое напряжение, что препятствует прохождеццю сигналов по другим входам названных секций совпадения на выход схем И - ИЛИ.Ключ 13 устанавливается в замкнутое положение. Подачей ца вход Сброс 33 низкого уровня напряжения триггер пуска 22 устанавливается в нулевое положение. Сцп 1 алом низкого уровня с единичного выхода 31 триггера 22 делитель частоты 18 и счетчик времени 20 устанавливаются в нуль.Следящий аналого-цифровой преобразователь, образованный источником опорного напряжения 9, цифровым параллельным делителем О напряжения, нуль-органом 11, реверсивным счетчиком 15 и генератором тактовых импульсов 17 ведет обработку дрейфа нуля аналоговой части устройства, так как при замкнутом ключе 13 обмотка реле 12 находится под током и второй вход нуль-органа 11 подключен к дополнительному полумосту с 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6помощью перекидного контакта реле 12. Поскольку резисторы 3 - 7 изготовлены из материала с высокой температурной ц временной стабильностью элсктросолротцвленця, например цз мангаццна, а элементы источника опорного напряжения 9 и параллельного делителя 10 также обладают высокой стабильностью, то отрабатывается практически дрейф нуля нуль- органа 11, который выполнен ца основе дифференциального усилителя постоянного тока и выходы которого соединены с соответствующими схемамц логического блока управления Г 10 ЛОСТОЯЦЦОМУ ТОКу.Тактовые импульсы с выхода 26 генератора тактовых импульсов 17, сдвинутые на половицу псрцодя тактовой частоты Относительно импульсов на выходе 25, через первую секцию совпадения первой схемы И - ИЛИ 19 проходят ца ее выход 44 и, соответственно, на вход Зались первого регистра 41 памяти, лоэтому в последнем регистрируется код реверсивного счетчика 15, получаемый ца каждом такте прсобразовацця.Для осуществления сквозцой статической градуцровкц на датчик 1 воздействют калиброванными стуленямп его сстественцой входной вслцчццы, например давления. После установления нужной ступени на задатчике естественной входной величины (напрцмер, на гидравлическом прессе, снабженном грузо- поршневым манометром) ключ 13 размыкают. Обмотка реле 12 практически обесточцвается, так как потребление тока третьей схемой И - ИЛИ 23 по входу 27 ничтожно. На первом входе 27 первой секции совпадения третьей схемы И - ИЛИ 23 устанавливается высокий уровень напряжения от источника цапряжецця Е, (см. временную диаграмму ца фцг. 2), так как. падение напряжения ца оомотке реле 12 от тока по входу 27 мало. Вследствие этого ца выходе 29 третьей схемы И - 11 Л 11 23 также устанавливается высокий уровень напряжения, что приводит к опрокидыванию трпггсря пуска 22 В положение Единица. На выходе нуля 31 триггера 22 устанавливается низкий уровень напряжения и прохождение тактовых импульсов с выхода 33 генератора 17 на выход 36 первой схемы И - ИЛИ 19 прекращается, в первом регистре памяти 43 залохпшается значение кода реверсивного счетчика (кода нуля), полученное в такте преобразования, непосредственно предшествовавшем момецту размыкания ключа 13. Через время задержки ца отпускацце перекидной коцтакт реле 12 отсоедцнцт второй вход нуль органа 11 от дополнительного полу- моста, а через время перелета контакта, второй вход нуль органа 11 подключится к сигнальному выводу датчика. Следящий аналого-цифровой преобразователь, образованный указанными выше элементами, ведет отработку переходного процесса во время перелета контакта ц затем отработку сигнала датчика 1, полученцого под воздействием калибровац 481130ной ступени его сстсствсшой входной величины.После опрокидывания трцггсра .тускя 22 вположение сдипцца ца его выходе 30 устанавливается высокий уроьсць цапр 5 и(ептя,поэтому делитель частоты 18 и:Пттст счетимпульсов с выход 33 гспсртора 17,счс 1- чик времени 20 - с выхода 35 дел:тел 1 частоты 18, После подсчета оцрслелсццого ко.личества импульсов па выходе 38 счетчиквремени 20 гоявляется юггтулт,с, который через первую секцию совпадения втсро 1 схемыИ - ИЛИ 21 проходит ца выход 39 последней, благодаря чему во втором регистре цдм 5- ти 44 реГистрируется код сит 1 ля дя гчткя.Сигналом низкого уровня с выходя 37 счетчика 20 работа Гсне 1 эяторя 17 п 1 эекрдп 1 етсяпроцссс кодирования сигнала датчика 1, соответствующего о.цгой ступени: раду:ровки,на этом заканчивается,Таким образом, в результате кодированияодной ступе;и градуировкц 1 эсгис грруготс 5двя кода, которые отсчитываются по отсчетным устройствам регистров 43 и 44.При последующей обработке измерительнойинформации код нуля, зафиксироваццьш впервом регистре 43, необходимо вьгчесть:тзкода датчика, солсржящсгося в рс.Пст 1 с 11.Время измерения, 111 е.-елясмое сгег тцкг:ом О.выорацс больше, чем время, цссоходггмос лляоконаТия псреходных процессов, связттцых спереключением второго входа пуль-Оргяцд 11.ДЛя КОднрОВацця СЛС;у:Сщсц С:Х: С.ТИ "Пдуировки ключ 13 споз;т ь,Ссолг - 1 .-,: итое положение, а на вход 41 сбос под о-.сигнал низкого уровня, что приводге и о.гтэ- кцдывяниО триГгера 22 сповя Г, -.:Олсх;с 1.:сНоль. На датчик 1 воздейстгугот следуопсйкалиороваппой стмпсгью его входной вс.тцчц -ны и повторяют цзмср.Псльцг:с с(сэяцг;", о 1- санные выше.В режиме Запись 1 см. временту;о дцдграмму на фиг. 3) переключатель родя работы 24 устанавливают в положеццс, прп котсром его подвижный контакт замыкается с неподвижным контактом 25. При этом тя гторой вход первой секции совпядегия второйсхемы И - ИЛИ 21 1 Па второй вход первейсекции совпадения третьей схемы И - ИЛИ23 - .Тодается нулевое напряжение и прохскдсние сигналов через указапцыс сскццц этгьсхем становится невозможным.Предполагается, что перед началом работыв режиме Запись была проведен пспваяоперация режима Установка пуля, т. с.основная измерительная цель была сбалансирована.К,люч 13 в режиме Запись всегда находится в разомкнутом состо 51 П 1, и второй входнуль-органа 11 подключен т( сигнальному выходу датчика.Перед проведением измерений триггер пуска 22 устанавливается в нулевое положение,для этого на вход сброс 33 подается сигналнизкого уровня. Соответственно, сигналом с выхода 31 триггера схемы делителя частоты 18 и счетчика времени 20 устанавливаются также в пулевое положение.Все время ожидация начала процесса в реицме Запись слсдящцй ацялого-цифровой прсоордзовдтель, образованный указанными выше элементми, ведет кодирование дрейфа ц,л 51 пуль-ООяпя причет кс 1 реверсивного скетч.1(а5 ня к(1 кдоъ также преобразования заносится в первый регистр 41, так как импульсы с выхода 26 гецератора тактовых импульсов 17 через схему И - ИЛИ 19 поступ 1 от цг вход записи этого регистра.Б момсц Г:Оявлет 1 т 1 я импульса поло;кцтель 11 ыц полярности на входе Запуск 37 появляется сПпал ца выходе 34 третьей схемы И ИЛ 11 23, и триггер пуска опрокидывается в единичное состояние. Измеряемый парамстр Оыстро:тротекаощего процесса цачгиает 20 воздействовать ца датчик 1, измерительнаяцепь устройства разбалацсцрустся. Начинается кодирование быстропротекающего процесса, восприццмаемого датчиком 1. При этом прохождецце тактовых импульсов с выхода 26 Б через первую схему И - ИЛИ 19 прекра.дастся, делитель частоты 18 вступает в работу ц потсцциальцый сигнал с его выхода 27 в вцде полупсрцодцьгх импульсов поступает ча вхо.г уггрявлсцця цепи псрезяписи 43, Я импульспьп Сцгттал с выхода 28 делителя частоты 18 через гтервую схему И - ИЛИ 19 постугтяст ца вход Запись первого регистра 41 . ".ч. Период цгульв на выходе делителя частоты 1 рдвсц шя;у квантования изме 11 яет(гого процесса во времени. Первый регистрвы;Олц 11 ет Р рскцме Зягтцсь роль ОуфернОГО с;истра для вывода информНиц через цепь Перезнцси 43 от быстродсгСтвущего пэеоб,зозатсля ца регистратор, имеюццй меньшую ГЧПОСТрабдтЫ, 1 Од 1 ТСВЕрСИВПОГО СЧЕтЧИКа 1: :., ф.г. 3) заОсится в регггстгэ 4 Каждый ряз и начале соответствующего шага квацгоБЯП 1151, я рсгистрирхется через цепь псрсзяпи- СТ этоГ код, пячиц 51 с середины этОГО шяГя и 45:го сто конца. Таким обпазом, на первом шаге 1;вягГовацггя регистрируется код нуля преобразователя, на втором шаге - первый код процесса и т. д. 50 ВтоОй р(-Истр 42;мяти в режиме Запись служцт для фцксяции значения кода в "яой.-лтбо хя-Я (терной точке измеряемого п 1 эоггесса, например в точке экстремума. Для этого в нужный момент времени на вход спе циалшОго сигнала 39 подается положительный импульс, который, проходя через вторую схему И - ИЛИ 21 ца вход записи 45 регистра 42, фиксирует в нем значение кода в этот момент.60 После подсчета определенного количестванагов квагггованця измеряемого процесса по времени, задаваемого количеством импульсов ца выходе 28 делителя частоты, на выходе 30 счетчика времени 20 устанавливается сигнал низкого уровня, прекращающий работу гене 481130 10ратора тактовых импульсов 17, Кодирование дискретных значений измеряемого процесса на этом заканчивается. Для приведения устройства в исходное положение для следующего измерения достаточно подать сигнал низкого уровня на вход Сброс ЗЗ. При последующей обработке измерительной информации, например, на вычислительной машине, код нуля устройства, зарегистрированный на первом шаге, вычитается из кодов дискретных значений измеряемого процесса. Так как дрсйф пуля устройства за время измерения значительно меньше одной единицы кода в устройстве, то благодаря этому устраняется влияние дрейфа нуля на результаты измерения. Как видно из описания работы устройства, и в режиме Запись и в режиме Градуировка используются одни и те же элементы логического блока 14 управления. При питании измерительной цепи стабильным напряжением предлагаемое устройство имеет структурную погрешность, вызываемую изменением тока в плечах измерительной цепи, т. е, зависимость между изменением сопротивления датчика 1 и выходным кодом устройства нслинейна, Однако соответствующим выбором величины сопротивления резисторов 2 и 3, а также напряжения питания измерительной цепи, можно свести погрешность от нелинейности к допустимой, например, меньшей шага квантования по уровню в устройстве. При питании измерительной цепи стабильным током устройство не имеет структурной погрешности. Ф о 15 20 25 зо 35 40 Предмет изобретения Устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивпым датчиком в одном из плечей, источи гк питания мостовой измерительной цепи, источник опорного напряжения, нуль-орган, цифровой параллельный делитель, логический блок управления, регистр памяти и цепь перезаписи, причем выход источника опорного напряжения соединен со входом источника питания мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делителя, выходы которого соединены со входом полумоста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нуль- органа подключены к логическому блоку управления, первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делителя и через регистр памяти с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управляющими входами цепи перезаписи и регистра памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в устройство дополнительно введены полумост, реле, ключ и регистр памяти, причем полумост подключен к диагнонали питания мостовой измерительной цепи, второй вход нуль-органа через перекидной контакт реле соединен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, или с точкой соединения резисторов полумоста, если ток проходит по обмотке реле, один выход которого соединен с источником питания, а второй через ключ - с общим проводом и непосредственно со входом блока управления, вход дополнительного регистра памяти соединен со входами цифрового параллельного делителя и со входом регистра памяти, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом логического блока управления.481130 О У Составитель И. Разиноваедактор Е. Семанова Техред Т. Миронова Корректор Л, Котова 117/1 ЦНИИПИ ака ПодписноеСССР Типография, пр. Сапунова,У 2 2 Х Яб 27 Изд.186 ударственного по делам изо москва, Ж,Тираж 902сомитета Совета,т 1 пнпстроретенпй п открытийРаугпская нао., д. 4,5