Калибратор напряжения

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И

РЕСПУБЛИК

0% (Ю

3(59 4 05 F 1 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б

ГОСУДАРСТВЕНН)."б)Й НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3394072/24-07 (22) 04.02 ° 82 (46) 23.05.83. Бюл. У 19 (72) Ю.И.Сергеев, В.М.Лунин, B.È.Áåда, 10.Н.Власенко, Ю,Н.Самарцев, В.К.Рощин, В.И.Русин, В.С.Артеменко и Ю.B.Áîáêoâ (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.316.722.1(088.8 ) (56) 1. Патент США М 3646546 кл. С 05 F 1/44, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 813382, кл. 5 05 F 1/44, 1979. (54)(57 ) КАЛИБРАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий источник эталонного напряжения,выходом соединенный с входом первого коммутатора, выход которого через резистивную матрицу подключен к входу интегратора, куда также подключены первьбе силовые выводы первого и второго ключей, выход интегратора соединен с первым входом узла выборкихранения, выход которого подключен к выходному выводу, преобразователь кода во временной интервал, первыйвход которого соединен с входом дешифратора, выходом соединеннного с управляющим входом первого коммутатора, причем управляющий вывод первого ключа соединен с выходом преобразователя кода во временной интервал, отличающий с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введены регистр поразрядного уравновешивания, .компаратор, узел управления и второй коммутатор, причем один вход компаратора соединен с выходным выводом и с входом интегратора, другой вход компаратора подключен к общей шине, à его выход соединен с входом узла управления, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа второго коммутатора, к второму входу @

C преобразователя кода во временной интервал, к входу регистра поразрядного уравновешивания, а также К второму входу узла выборки-хранения, С выход регистра поразрядного уравновешивания соединен с входом дешифра-Я тора, вход второго коммутатора сое- . динен с выходом источника эталонного напряжения, а выход — с вторым силовым выводом первого ключа, причем второй силовой вывод второго ключа подсоединен к клемме для подкЛючения исследуемого напряжения. б

Изобретение отис>сится к электротехнике, в частности к калибраторам напряжения постоянного тока и может быть использовано при построении информационно-измерительных и управляющих систем.

Известен калибратор напряжения, представляющий собс>й преобразователь кода в напряжение с промежуточным преобразователем кода во временной интервал.

1О

Преобразование временного интервала в нагряжение в этом калибраторе осуществляется с псмощью интегрирующего преобразователя с итерационной аддитивной коррекцией погрешности. 15

Благодаря такой структуре калибратор при сравнительно небольшой аппаратурной сложности позволяет достичь вы окой точности P1 j.

Однако функциональные возможности подобных калибраторов невелики. В частности, их нельзя использовать для линеаризации характеристик всякого рода датчиков, у которых выходная величина — напряжение.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является калибратор напряжения, содержащий источник эталонного напряжения, вы— ходом соединенный < входом первого коммутатора, выход которого через резистивную матрицу подключен к входу интегратора, куда также подключены первые силовые выводы первого и второго клю ей, выход интегратора соединен с первым входом узла выборки-хра-З5 нения, выход которого подключен к выходному выводу, преобразователь кода во временнои интервал, первый вход которого соединен = входом дешифра— тора, выходом соединенного с управляющ щим входом первого коммутатора, причем управляющий вывод первого ключа соединен с выходом преобразователя кода во временной:>нтервал 2 1.

Однако с помощью известного калиб- р5 ратора напряжеíия невозможно осуществить непосредственно преобразование выходного нарпяжения нелинейно-о датчика в код с одновременной линеаризацией его передаточной характеристики, что сужает егo функциональные возможностиПелью изобретения является расширение функциональных возможностей калибратора напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в калибратор напряжения, содержа-55 щий источник эталонного напряжения, выходом соединенный с входом первого коммутатора, выход которого через резистивную матрицу подключен к входу интегратора, куда также подключены 6() первые силовые выводы первого и второго ключей, выход интегратора соединен с первым входом узла выборки-хранения, выход которого подключен к вы>ходному выводу,,преобразователь кода вс> вРеменной интервал, первый. вход которого соединен с входом дешифратора, выходом соединенного с управляющим входом первого коммутатора, причем управляющий вывод первого клю à соединен с выходом преобразователя кода во временной интервал, введены регистр поразрядного уравновешивания, компаратор, узел управления и второй коммутатор, причем один вход компаратора соединен с выход ным выводом и с входом интегратора,,цругой вход компаратора подключен к общей шине, а его выход соединен с входом узла управления,,выход которого подключен к управляющему входу второго ключа второго комМутатора, к второму входу преобразователя кода во временной интервал,к входу регистра поразрядного уравновешивания, а также к второму входу узла выборкихранения, вы.-,од регистра поразрядного уравновешивания соединен с входом дешифратора, вход второго коммутатора соединен с выходом источника эталонного напряжения, а выход — с вторым силовым выводом первого ключа, причем второй силовой вывод второго ключа подсоединен к клемме для подключения исследуемого напряжения.

На чертеже приведена структурная схема калибратора напряжения.

Схема содержит источник i эталонного напряжения, коммутатор 2, резис-.èâíóþ матрицу 3, интегратор 4 и узел

5 выборки-хранения, включенные последовательно, причем выход узла 5 выборки †хранен соединен с одним из входов интегратора 4, Дешифратор б подключен к коммутатору 2. Узел 7 управления соединен с ключом узла б выборки-хранения„. с Регистром 8: поразрядногo уравновешивания, выход которого соединен с дешифратором б и с преобразователем 9 кода в интервал времени. Ключ 10 соединяет выход коммутатора 11 с входом интегратора

4. Узел 7 управления соединен с клю чом 12, коммутатором 11, преобразователем 9 кода в интервал времени с компаратором 13, один из входов которого соединен с выходом узла 5 выборки-хранения, а другой — c общей точкой калибратора напряжения. Входы коммутатора 11 соединены с выходами источника 1 эталонного напряжения.

Ключ 12 соединяет вход калибратора напряжения с входом интегратора 4.

Один из выходов калибратора напряжения (выход линеариэованного кода) соединен с выходом регистра 8 поразрядного уравновешивания, а второй выход калибратора напряжения выход линеаризованного напряжения) соединен с выходом узла 5 выборки-хранения.

Калибратор напряжения работает в два этапа, каждый из которых сос1019420

1 П Х1 Оx,u 1 ПЦ (1) где Rq — сопротивление интегратора по измерительному входу;

R2 — сопротивление интегратора

4 по входу компенсации)

Rэ — сопротивление интегратора

4 по входу отрицательной обратной связи емкость конденсатора интеГ1 ратора 4, K — коэффициент передачи схемы и

5 выборки-хранения.

Аналогично, после окончания и -го цикла преобразования напряжение на вы- 40 ходе узла 5 выборки-хранения станет равным ипс я

К Т и ц к 3 t (2) Выражение (2 ) состоит из двух частей: геометрической прогрессии, сходящейся при условии

KA7 э и убывающего, при этом же условии, (, "ф)".

В результате, при выполнении условия (3 ) в установившемся режиме (n ж) вы-60 ходное напряжение схемы 5 выборкихранения определяется выражением э к1 ох (4) г тоит из нескольких циклов. В каждом цикле первого этапа осуществляется интегрировае интегратором 4 исследуемого напряжения О„ в течение времени

Т ;, интегрирование интегратором 4 вйходного напряжения схемы 5 выборки-хранения в течение времени цикла

Т ; интегрирование интегратором 4 компенсирующего напряжения противо. поставлено знаку исследуемого напряжения Ох и определяется устройством 10 7 управления, которое управляет коммутатором 11 ; выборка выходйого напряжения интегратора 4 узлом 5 выборки-хранения с последующим запоминанием в течение времени цикла Тц.

Предположим,что перед началом преобl разования напряжение на выходе узла

5 выборки-хранения равно 0н . Тогда после окончания первого цикла работы калибратора напряжение на выходе уз20 ла 5 выборки-хранения станет равным

С помощью регистра 8 осуществляется поразрядное уравновешивание напряжения на выходе узла 5 выборки-хранения. Уравновешивание происходит сле» . дующим образом. Сначала записывается

"1", в старший разряд регистра 8 поразрядного уравновешивания с помощью узла 7 управления. С помощью преобра. зователя 9 кода в интервал времени компенсации Т этот код управляет ключом 10 ° Если произошла перекомпенсация (изменился знак напряжения на выходе схемы 5 выборки-хранения и соответственно на выходе компаратора

13 ), то "1" записывается в следующий разряд регистра 8, а "1" в старшем разряде стирается. Если перекомпенсации не было, то "1" в старшем разряде остается.-Затем снова определяется знак напряжения на выходе компара" тора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение не станет равным нулю (или точнее, пока оно не попадет в область нечувствительности компаратора ) ..

Таким образом, по окончании первого этапа работы калибратора напряжения код, записанный в регистре 8 по- . разрядного уравновешивания, опреде.".." лится выражением

Т Ux R

Х

М =., " (g)

" Тк Ео гДе Т кб — Длительность еДиничного интервала времени компенсации, соответствующего единице младшего разряда преобразователя 9 кода в интервал времени.

Этот код, пропорциональный величи не измеряемого напряжения, переписывается в фуферный регистр, имеющийся в составе дешифратора 6 „и хранится в нем в течение всего второго этапа преобразования калибратора напряжения.

Во втором этапе преобразования калибратора напряжения в каждом цикле дополнительно осуществляется интегрирование интегратором 4 выходного напряжения источника 1 эталонного напряжения (знак напряжения оп-. ределяется кодом М„ в соответствии с формулой (5 ) через один из резисторов резистивной матрицы 3 (который также определяется кодом М,, полученным на первом этапе преобразования) в течение всего времени цикла Тц.

Таким образом, в конце второго этапа преобразования код в регистре

8 поразрядного уравновешивания определится выражением

0 2 Т„Е, 2 ТЧ о ) 1 Ткь )о 1 кв где К; — резистор из набора резистивной матрицы 3 подключаемый в зависимости от кода N

) { — I. г

) 3 Д

i wiiiep

I! р

I !

ВНИИПИ Заказ 3703! 42 Тираж 874 Подписное

Филиал ПЗП "Патент", г ужгород, ул„Проектная,4 напряжение и =точника 1 эта-.-. . лонного напряжения, годклю-. ченного к резистору й:, .

Гак следует из уравнения преобразования б > выходной код имеет две. й,. Т 5 составляющие. Первая иэ иихф) я т

-0 кв определяется измеряемым напряжением, а вторая связана с первой определенной функциональной зависимостью. Весь 0 диапазон измерения измеряемого напряжения U< разбивается на поддиапаэоны, в каждом из которых посредством дешифратора 6, коью утатора 2 и резистивной матрицы 3 между входом интегратора 4 и выходом источника 1 эталонного напряжения включается соответствующий этому попдиапазону резистор. В результаге в каждом поддиапазоне измеряемого напряжения Oq к основной составляющей М выходного кода определяемой выражением (э ) прибавляется или вычитается — в зависимости от полярности Е;)добавка. Совокупность всех добавок во всем диагаэо †:e изменения входного напряжения представляет собой кусочно-ступенчатую функцию, которой можно аппроксимировать различные нелинейные зависимости. Благодаря этому в результирующую зависимость выход- 3G ного кода Иj От измеряемого нап я жения Ох может быть введена нелиней— ность, компенсирующая нелинейность исследуемого датчика.

Возможен также другой режим работы предлагаемого калибратора напряжения на втором этапе преобразования в случае, если необходимо получить линеаризованное (калибрированное напряжение на выходе схемы

5 выборки-хранения О,„„ „ . В этом случае исключается йз цикла работы . интегрирование интегратором 4 компенсирующего напряжения в течение инi" рвала времени компенсации T

Введение в калибратор напряжения регистра поразрядного уравновешивания преобразователя кода в интервал времени, коммутатора, компаратора и двух ключей с соответствующими свя.:ями выгодно отливает предлагаемый калибратор напряжения от известного, поскольку расшифрованы его функциональные гозможности — стало возможным непосредственное преобразование выходного напряжения нелинейного датчика в код с одновременной линеариэацией его передаточной характеристики, а также преобразование типа нелинейное выходное напряжение датчика — линеаризованное напряжение ка--либратора, что имеет большое значение в различных процессах авторегулирования.