Аналого-дискретный электроизмерительный прибор

 

АНАЛОГО-ДИСКРБТНЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, coдepжaщийv, N каскгщов усилителей постоянного . тока, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвертирующий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, и источник опорного напряжения, связанный с входом первого каскада, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с. целью упрощения , неинвертируктаий вход каждого предыдущего каскада дополнительно соединен с инвертирующим входом по (следующего каскада, а источник опорного напряжения присоединен к дополО ) нительному неийвертирующему входу первого каскада. fj Щгн. э N5 5) jo Ю

(l% (И) СОЮЗ СООЕТСНИХ

ВСССС

РЕСПУБ/ИН

q C 02 R 29 0О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AO TOPONOMV ВВСВТВВСТВТ (21) 3410484/18-21, (22) 19 ° 03. 82 (46) 0707 83 Бюл, Ю 25 .; (72) В,И. Калита (53) 621 ° 317> 7 (088. 8) (56) 2. Авторское свидетельство

CCCP В 437973,кл,G 01 R 19/00

28.07.72 °

2. Бахтиаров Г.Д. и др. Аналогоцифровые преобразователи,M., Советское радио, 1980,с.30,39, 211.

3. Виноградов P.È. и др. Основы построения дискретных систем переда.чи, обработки и отображения ин4ормации, JI. ЛВИКА им. A.Ô.Óîõàéñêîãî, вып. 2, 1971, с.140, рисВ223 (прото. тип) (54) (57) АНАЛОГО-ДИСКРЕтнЫИ ЭЛЕКтРОИЗИЕРИ2ЕЛЬНЫй ПРИБОР, содержащий.

Н каскадов усилителей постоянного тока, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвер тирующий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, и источник опорного напряжения, связанный с входом первого каскада, о т л н ч а юшийся тем, что, с.целью упрощения, неинвертирующнй вход каждого предыдущего каскада дополнительно соединен с инвертирующим входом по следующего каскада, а источник опор- Е

:ного напряжения присоединен к дополнительному неинвертирующему входу пеувого каскада.

1027б32

45

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналого-дискретный электроиэмерительный прибор, содержащий Б каскадов усилителей постоянного тока, выход каждого из которых связан с элементом индикации, неинвертирующий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, а инвертирующие входы каскадов связаны с источником опорного напряжения, причем, каждый каскад включает два усилите- 60 ля постоянного тока, неинвертирующие входы которых соединены с неинверти рующим входом каскада, инвертирующий вход первого усилителя присоединен к инвертирующему входу каскада, его 65

Изобретение относится к электро- иэмерительной технике, а именно к показывающим электроиэмерительным приборам без механически перемещающихся частей, использующим дискретно-пороговый метод преобразования амплитуды измеряемого сигнала, и может быть использовано в приборных щитах различных объектов, работаю щих в условиях больших вибрационных и ударных нагрузок.

Известен показывающий аналогодискретный электроизмерительный прибор, содержащий источник опорного напряжения, резистивный делитель напряжения, вывод соединения каждого 15 из резисторов которого подключен к входу соответствующего транзисторного усилителя, с выходами которых связаны электрические элементы индикации(1).

Недостатком данного прибора:является низкое входное сопротивление, что снижает точность измерений,oco.. бенно,-B высокоомных электрических цепях. Этот недостаток обусловлен шунтирующим действием, оказываемым параллельно включенным входными цепями транзисторных усилителей и резистивного делителя напряжения.

Известен также показывающий аналого-дискретный электроизмерительный прибор, содержащий источник опорного напряжения, подключенный к резистивному делителю напряжения,выводы соединения каждого иэ резисторов которого подключены к неинверти- 35 рующим входам соответствующих усилителей постоянного тока, инвертирующими входами связанных с источником контролируемого напряжения (2)

Однако при использовании N иден- 49 тичных усилителей постоянного тока указанный прибор имеет в N раз меньшее результирующее входное сопротив.ление, что снижает точность измерения в высокоомных цепях. выход соединен с инвертирующим входом второго усилителя, выход которого связан с выходом каскада 3 В известном приборе используется представление измеряемого напряжения U

К-1

О= Хад1

1=0 где а. — значение разрядного коэф1 фицнента i-ro разряда. В первом усилителе каждого каскада осуществляется сравнение выходного напряжения предыдущего каскада 01 с опорным напряжением Е«а во втором, имеющем стабилизированный коэффициент усиления, равный 2, производится умножение результата сравнения на 2, Выходное напряженйе U

i.-го каскада определяется в зависимости от результата сравнения U, и

Е соотношением

tP. =2(U, +а- E) . о

При этом значении разрядного коэффициента а i-ro разряда кода О формируется по закону

1 при U ° -Е Ъ О о

0=

О при U. -Е с 0

1 -1 О

Таким образом, после определения всех разрядных коэффициентов а од4 ноэначно определяется величина измеряемого напряжения U в виде соотХ ветствующего двоичного кода числа О.

Существенным недостатком известного прибора является необходимость, использования большого объема оборудования, так как при й-разрядном выходном коде требуется

N2 усилителей постоянного тока со стабильным коэффициентом усиления, равным 2. Кройе того, вследствие прямой зависимости точности от стабильности коэффициента усиления усилителей и необходимости в многократ ном удвоении и вычитании напряжений, что сопровождается последовательным накоплением ошибок в каскадах, разрядность известного прибора ограничена б-8 двоичными разрядами. . Цель изобретения — упрощение прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-дискретном электроиз ерительном приборе, содержащем N каскадов усилителей постоянного тока, выход каждого иэ которых связан с элементом индикации, неинвертирую- щий вход каждого последующего каскада соединен с выходом предыдущего каскада, неинвертирующий вход первого каскада присоединен к источнику измеряемого напряжения, и источник опорного напряжения, связанный с входом первого каскада, неинверти1627632рующий вход каждого предыдущего каскада дополнительно соединен с инвертирующим входом последующего.каскада, а источник опорного напряжения гфисоединен к дополнительному неинвертирующему входу первого каскада.

На фиг. 1 изображена электрическая.схема предлагаемого прибора; на фиг. 2 — график изменения напряжения на элементах индикации в зависимости от измеряемого напряжения

О,(и индекса i ýëåìåíòà индикации.

Прибор содержит N каскадов опе.рационных усилителей l 1,...,1н

:постоянного .тока (фиг. 1) выход

;каждого из которых подключен к соответствующему жидкокристаллическому элементу 2,2,...,2„ индикации и к неинвертирующему входу 3 следующего каскада. Неинвертирующий вход 3 каждого предыдущего каскада связан с инвертирующим входом 4 последующего каскада. два неинвертируюших входа 3 усилителя 1. раздельно связаны с источником 5 и 6 опорного E и измеряемого их напряжений соответственно. Инвертирующий вход 4 усилителя 11 СОедиНЕН С Общей шиной прибора, имеющей нулевой потенциал.

Кроме того, источник 6 измеряемого напряжения Uy связан с элементом 2 индикации, сигнализирующим о пере-грузке прибора по входу.

Усилитель 1 по двум неивертирующим входам 3 имеет коэффициент усиления К =1, Для усилителей 1,1 ...,1 4 йо неинвертирующим входам 3 и инвертируюшим входам 4 устанавливают коэффициенты усиления К 2 и

К -1 .соответственно.

Посредством изменения опорного напряжения Е источника 5 производит ся (исходя из заданных требований по точности измерения) предварительный выбор необходимой величины шага h=Ee дискретизации по уровню изме ряемого напряжения U> . Оптимальная величина шага h и определяемого им. напряжения Ед источника > определяется соотношением

Пжк

9. N+1 где U — величина порогового напряжения жидкокристаллических элементов ?,2

28 индикации, по достижении которого начинает наблюдаться электрооптический эффект. При этом обеспечивается диапазон измерения прибора цо напряжению от О до П . При иных значениях Е возможно неполное исо пользование шкалы прибора либо сужение его диапазона измерения °

Прибор работает следующим образом.

При подаче на вход 3 усилителя

1 от источника 6 измеряемого напря-:

1 жения U на элементах индикации g

2,..., 2й устанавливаются напряжения.

Ц,0,П,...UN (par, 2),, величина которых определяется следующими соотношениями

U =U „

U =K „+K Е =U + Е

i0 1 4" 1 (), =к„(4 -к "о=2("х+е) "х="х+2е о =К„П -K up2(u„+2E) -1(U„+E, =U +ЗЕО и т.д. . Обобщая на случай пронзводьного значения индекса 1 (2 < i N) получим U, =2$U + (i-1) Е ?) — 1(0„+ (i-2) E ) =

+®iEp 2Ep Пк i Ei + 2Eo ="у+1Е °

Таким образом, на основе исполь?0 збвания рекурентного соотношения вида U =2U„„-U. в предлагаемом приборе производится формирование на выходах усилителей 1,2,...,1Ксовокупнос-, тн сигналов напряжейия постоянного тока Ц;j,.îòëè÷àþmèõñÿ между собой по амплитуде на постоянную величину, кратную величине шага дискретизации по уровню h=Ep (фиг. 2). При этом для каждого каскада усилителей 1«

30 3,..., 1 для всех значений измеряемого напряжения U в диапазоне изме. рения обеспечиваются соотношения

U ?Ц1

144 — =.3

35.

С выходов усилителей 1„,1,..., 1)4 напряжение U подается на соответствующие жидкокристаллические элементы 2,2, ...,2g индикации (фнг. 1) . При достижении U?r Б .„на

40 соответствующим жидкокристаллических элементах 2, 2, ° ° °, 2 индикации на2. чинает визуальйо наблюдаться электрооптический эффект. Так как Ug?UN U, то при изменении U> в

45 ;диапазоне О-%азначение (фиг.2) вна(чале достигнет напряжей е а выходе уснl ,лителя l .,затем на выходе усилителя 1„ „и т,д. Отсчетной меткой прибора является граница между возбуж50 денными и невозбужденными элементами

2, . ° ., 2 g индикации. При этом значе. нйе измеряемого напряжения 3 однознач. но характеризуется количеством элементов 2,21,...2уиндикацин,находящихся в возбужденном состоянии (отсчет ведется, начиная с элемента индикации с индексом 2н ). предлагаемый прибор позволяет также производить измерение напряжения в диапазоне от минус П,„до плюс U g с нулевой отметкой посре.дине шкалы, при этом оптимальную величину напряжения Е нс.) очннка 5 определяют нз соотношения Е p =

20;кк

65 N+1

1027632

Составитель С.Бейский

Редактор М.Рачкулинец ТехредМ.Гергель

КорректорО.Билак

Подписное

Заказ 4732/49 . Тираж 710

ЬНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом, введение дополнительной связи неинвертирующего входа каждого предыдущего каскада с инвертирующим входом последующего каскада дозволяет формировать на выходах усилительных каскадов единичный (унитарный) код, эквивалентный величине измеряемого напряжения,При этом необходимое количество усили- телей в каскадах сокращается в два раза, что позволяет существенно; упростить прибор и повысить разрядность шкалы прибора; При этом входное сопротивление прибора является постоянным и не зависит от количества ис польэуеьых каскадов и уровня измеряемого напряжения, что позволяет повысить точность измерения в высокоомных цепях.