Дифференциально-трансформаторный преобразователь аналог-код

 

ОПИCAНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сееоз Советскик.Социелистическид

Реслублик (ts)10051 27 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 190880 (21) 2974080/18-21 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликоваво 15Р383. Бюллетень М42 10

Дата опубликования описания 150383

Р М g> з

G 08 С 9/04

Государствеииый комитет

С С С Р оо.делам изобретеиий и открытий (33) УДК 681 „335 ($88.8): ф„Ла-, 1

Х. Цйвьян" ""

f9

Р .4, трукторский авлеййЫ" (72) Авторыизобретеиия

В.И.Антонец, В.Г Ершов, Л.Б.Леонтьев и

Научно-исследовательский и проектно-кон институт автоматизированных систем уп транспортом газа (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТРАНСФОРИАТОРНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

АНАЛОà — КОД

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при создании информационноуправляющих комплексов повышенной точности, имеющих в своем составе дифференциально-трансформаторные датчики..

Известен дифференциально-трансформаторный1 преобразователь, содержащий датчик, источник переменного напря жения повышенной частоты несинусоидальной формы и блок преобразования Г13

Недостатком преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная несинусоидальностью источника питания. Кроме того, при питании датчиков несинусоидальными током происходит смещение положения нуля на шкале прибора и тре буется дополнительная регулировка датчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дифференциально-трансформаторный преобразователь, содержащий блок питания, формирующий прямоугольные импульсы, интегрирукщий усилитель и блок преобразования. Преобразователь имеет низкую точность, обусловленную несинусоидальной формой тока. ,Кроме того, изменение длины линии связи между датчиком и преобразователем приводит к изменению форин выходного напряжения, что требует увеличения постоянной воемени фильтра на выходе преобразователя, которая и определяет быстродействие данного преобразователя Г 2 3 .

Цель изобретения — йовыаение точ ности.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные преобразователь напряжение — ток, дифференциально-трансформаторный датчик и выпрямитель, введены функциональный цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифро7п вой преобразователь двойного инте-, грирования и синтезатор частот, при этом выход функционального цифро-аналогового преобразователя соединен с входом преобразователя напряжениеток, выход выпрямителя соединен с входом аналого-цифрового преобразо-. вателя двойного интегрирования, а цифровые и управляющие входы. функционального цифро-аналогового преобразователя, выпрямителя и аналого-циф,рового преобразователя соединены с

1005127 соотве rc твующими выходами синтез атора частот, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройствауна фиг,2 схема выпрямителя; на фиг. 3 -схема аналого-цифрового преобразователя.

Устройство содержит функциональ ный цифро-аналоговый преобразователь

1, преобразователь 2 напряжение ток, дифференцйально-трансформаторный датчик 3, выпрямитель 4, анало- 10 го-цифровой преобразователь 5 двойного интегрироВания, синтезатор б частот.

Устройство работает следующим образом. 15

Синхронизация всех узлов в устройстве осуществляется синтезатором

6 частот, в котором осуществлена временная привязка всех сигналов к частоте питающей сети, для чего ис- gg пользуется схема автоподстройки частоты задающего генератора. В схеме. синтезатора б частот имеется делитель частоты, который выдает ряд частот: 50 кГц для подачи на цифровой вход ЦАП 1 50 Гц с фаэовым сдвигом, обеспечйвающим совпадение фронтов управляющих импульсов с нулем синусоидального напряжения в выходной обмотке датчика для управления выпрямителем 4, и 25 Гц для запуска аналого-цифрового преобразователя 5 двойного интегрирования.

При поступлении на цифровой вход. функционального цифро-аналогового преобразователя 1 импульсов от синтезатора 6 частот на выходе образуется высокостабильное ступенчатое напряжение с синусоидальной огибаюей, которое подается на вход преобаэователя 2 напряжение — ток, вы- 40 модной ток которого поступает в первичную обмотку дифференциальнотрансформаторного датчика 3, выходное напряжение датчика, пропорциональное измеряемому параметру, по- g5 дается на аналоговый вход выпрямителя 4„ а на управляющий вход выпрямителя 4 поступают импульсы с частотой

50 Гц от синтезатора б частот.

Принципиальная схема выпрямителя 4 (фиг. 2) содержит четыре аналоговых ключа 7-10,выполненных на одной микросхеме и усилитель для управления ключами .на транзисторах 11 и 12.

Управляющие. импульсы отрицательной полярности, поступая на вход усилителя - на.транзисторах 11 и 12,: отпирают оба транзистора, и на затворах ключей 7 и 10 появляется напряжение, открывающее ключи, при этом ключи 8 и 9 закрываются, так ОО как напряжение на коллекторе транзистора 11 и затворах ключей 8 и 9 ста новится близким к нулю. B паузе между имйульсами транзисторы 11 и

12 запираются, что приводит к от- 65 крыванив ключей 8 и 9 и закрыванию ключей 7 и 10. При включении ключей 8 и 9 входные клеммы соединяются с выходными клеммами, а при включении ключей 7 и 10 входные клеммы соединяются с выхоцными клеммами. Поскольку фронты управляющих импульсов синхронизированы с моментом перехода через ноль синусоидального напряжения с выхода датчика, то на выходе выпрямителя получается однополярное напряжение, которое подается на вход аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования.

Структурная. схема (фиг.3) типо» вого аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования сотоит из аналоговых ключей 13 15, операционного усилителя 16, интегрирующей цепочки 17 в цепи обратной связи операционного усилителя 16,компаратора 18, одновибратора 19, двух триггеров 20 и 21, счетчика 22 и источника тактовой частоты, в качестве которого используется синтезатор б частот.

В данном преобразователе совершаются два такта интегрирования:входного напряжения Ц и эталонного напря-, жения — U . В исходном состоянии триггеры 20 и 21 находятся в состоянии ноль, ключ 15, управляющий инверсным выходом триггера 21, замкнут, и на выходе операционного усилителя 16 будет потенциал, близкий к нулю. Счетный выход счетчика 22 заперт сигналом

"Ноль" прямого выхода триггера 21, и счетчик хранит результат предыдущего -преобразования. Счетчик 22 уста навливается в состоянйе "ноль" сигналом .пуск", который задерживается оцновибратором 19 и поступает на

S-вход триггера 21, устанавливая его в состояние "единица"..Это приводит к размыканию ключа 15 и отпиранию счетного входа счетчика 22, который начинает подсчитывать импульсы от синтезатора б с тактовой частотой.

Интегратор на операционном усилителе начинает интегрировать напряжение U> поступающее с выхода коммутатора через замкнутый ключ 14,управляемый инверсным выходом триггера 20.

Интегрирование происходит с постоянной временй ц = R„ С„и продолжается до переполнения счетчика 22.Импульс переноса счетчика 22 устанавливает триггер 20 в "единицу", размыкая тем самым ключ 14 и замыкая ключ 13.

На вход интегратора подается эталон- . ное напряжение„-U . В этот момент времени. =T„ = — на выходе интеграz

& тора установится напряжение

U (т ) = -U< . (1)

Т

Си.

Эталонное напряжение -U з имеет противоположную полярность по отно1005127

6 шению к U, и выходное напряжение интегратора начнет изменяться в обратную сторону. Когда выходное напряжение интегратора станет равным нулю, компаратор 18 срабатывает и

его выходной сигнал устанавливает оба триггера в состояние "ноль".

Схема приходит в исходное состояние.

Счетчик 22 к концу второго такта подсчитывает и импульсов, при этом

n = Т - Е<, где Т - длительность второго такта интегрирования, Так как

Бц.(Т ) = О, то

-U - Т" +u T = 0 (Z) .„, откуда

Т f = г — ° 2

Ux м т 11з т.е. код в счетчике пропорционален входному сигналу. Из Формулы (3) следует, что на результате преобразования не сказывается значение тактовой частоты генератора f и мед- 25 ленное изменение ее во время преобразования T„p= Т4 + Т

Результат преобразования не зависит также от постоянной времени интегрирования Ч,„, если она не из- 30

;меняется в процессе интегрирования.

Аналого-цифровой преобразователь двой; ного интегрирования обладает способностью подавлять внешние помехи, причем максимальное значение коэффициента подавления помех Кл„-"" получается, когда длительность первого такта интегрирования равна или кратна целаму числу периодов частоты помехи.

Поскольку устройство будет эксплуатироваться на промышленных предприятиях, то наибольшие помехи будут вызываться цепями с частотой 50 Гц или кратными ей. Поэтому длительность первого такта интегрирования выбрана равной периоду частоты сети. Синтезатор автоматически обеспечивает его равенство при изменении частоты сети.

Высокие метрологические характеристики устройства получаются за счет питания первичных обмоток дифферен- 50 циально-трансформаторнык датчиков от преобразователя напряжение - ток, на вход которого подается высокостабильное синусоидальное напряжение от функционального цифро-аналогового пре- 55 образователя. Класс точности таких преобразователей; выполненных в ин.тегральном исполнении, составляет

0,05-0,1. Большой коэффициент усиления в преобразователе напряжение,ток исключает влияние сопротивления линии связи при изменении ее длины.

Применение синхронного выпрямителя для выпрямления переменного напряжения с вторичной обмотки датчика и схемы аналого-цифрового преобразователя двойного интегрирования, в котором длительность первого такта интегрирования синхронизована при помощи синтезатора частот с частотой сети переменного тока, для преобразования амплитуды выходного сигнала датчика в код, позволяет существенно повысить быстродействие преобразователя по сравнению с известными.

Предложенное устройство разработа но для информационно-измерительной сис. темы, входящей в состав АСУ ТП компрессорных станций магистральных газопроводов. Система рассчитана на обслуживание 1200 датчиков, из которых треть могут составлять:дифференциально-трансформаторные датчики (в зависимости.от типов и исла газоперекачйвающих агрегатов).

Формула изобретения

Дифференциально-трансформаторный преобразователь аналог — код, содержащий последовательно соединенные преобразователь напряжение — ток, дифференциально-трансформаторный датчик и выпрямитель, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности в него введены функ/ циональный цифро-аналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования и синтезатор частот, при этом выход функционального цифро-аналогового преобразователя соединен с входом преобазователя напряжение — ток, выход выпрямителя соединен с входом аналогоцифрового преобразователя двойного интегрирования, а цифровые и управляющие входы функционального цифроаналогового преобразователя, выпря-. мителя и аналого-цифрового преобразователя соединены с соответствующими выходами синтезатора частот.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 206357, кл. G 08 С 9/04, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

9 732665, кл. G D 5/14,1978..

100512 l

1005127

ВНИИПИ Закаэ 1906/68 Мираж 616 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Нроектаая,4