Аналого-цифровой преобразователь сигнала мостового датчика

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(59 Н 03 К 13 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ, Н ABT0PCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° t . (21) 3414607/18-21 (22) 30.03.82 (46): 07.08.83. Бюл. Р 29

:(72) A.A. Асеев и B.П.;Баранов (71 ) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытатель« Ных машин, приборов и средств измерения масс (53 ). б81.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 813773, .кл. Н 03 К 13/20, 31.03.78.

2. 1(вт(орское свидетельство СССР .В. 782150, кл. Н .03 К 13/20, 27.12 .78 (прототип). (54) (57). АНАЛОХ ОЦИФРОВОЯ ПРЕОБРА-ЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛА МОСТОВОГО ДАТЧИКА, содержащий мостовой .датчик, измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующего усилите-.

:ля, а диагональ питания -.к выходу блока питания датчика, источник опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока питания:датчи-.

:ка, интегратор, первый резистор, второй и третий резисторы, включен.ные последовательно между выходом истдчника опорного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный между "общей точкой первого и третьего ре:зистдров и общей шиной, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, тактовый генератор, (О-триггер, 0-вход которого подключен к выходу,компаратора, а С-вход к выходу тактового генератора, элемент И, первый вход которого подключен к выходу 0-триггера и к управляющему входу ключа, а второй вход . — к выходу тактового генератора, и цифровой. накопитель, вход которого подключен к выходу элемента И, о т л и— ч а ю щ и и сятем,,что, с целью повышения точности преобразования, в него введены делитель частоты, счетный триггер, формирователь интервала времени и фазочувствительный демодулятор, вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, 3 а выход через первый резистор подключен к входу интегратора, причем вход делителя частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход — к входу счетного триггера и к входу формирователя интервала време- Я

1 и, выход которого соединен с третьим входом элемента И, при этом установочный вход цифрового накопителя соединен с инверсным выходом счетного триггера, прямой и инверсный вы1ходы которого. подключены соответственно к первым и вторым управляющим

Входам блока питания датчика и фазочувствительного демодулятора.

1.034173

Изобретение относится к измерительной технике и системам управления и может быть использовано в устройствах измерения неэлектрических величин, а также как устройство сопряжения первичных преобразователей с вычислительным комплексом.

Известен преобразователь сигнала мостового датчика, в котором напряжение, накопленное на интеграторе от измеряемого напряжения, компен-. 10 сируется опорным напряженйем за один цикл ипи несколько периодов тактовой частоты Р13;

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования эа счет дрейфа напряжения смещения.

Известен также аналого-цифровой преобразователь сигнала мостового датчика, содержащий мостовой датчик, измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующегь уси- . лителя, а диагональ питания — к выходу блока питания датчика„ источник опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока питания дат-! яика, интегратор, первый . резистор, второй и третий резисторы, включенные последовательно между выходом источника опор ного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный .между общей точкой второго и третьего резисторов и общей шиной, компаратор, вход которого подключен к выходу интегратора, тактовый генератор,- 0-триггер, 0-вход которого подключен к вы-,35 ходу компаратора, а С-вход - к выходу: тактового генератора, элемент И,. пер-; вый вход которого подключен к выхо» ду 0-триггера и к управляющему входу, ключа, а второй вход — к выходу так- 4О тоэого генератора, и цифровой наКо- питель, вход которого подключен к выходу элемента И j2).

Недостатком указанного преобразо-. вателя является наличие погрешности, 45 обусловленной неполной компенсацией напряжения смещения масштабирующего усилителя.

Цель изобретения -.повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что s, аналого-цифровой преобра зователь сигнала мостового датчика, содержащий мостовой :датчик,измерительная диагональ которого подключена к входу масштабирующего усилителя, а диагональ питания - к выходу блока питания датчика, источник опорного напряжения,, выход которого подключен к входу блока питания датчика, интегратор, первый резистор, 60 второй и третий резисторы, включенные последовательно между выходом источника опорного напряжения и входом интегратора, ключ, включенный между общей точкой первого и.третьего ре-., 65 зисторов и общей шиной, компаратор, вход которого подключен к выходу ин тегратора, тактовый генератор;

0-триггер, 0-вход которого подключен к выходу компаратора, а С-вход - к выходу тактового генератора, элемент И, первый, вход которого подключен к выходу 0-триггера и к управляющему входу ключа, а второй вход - к выходу тактового генератора, и цифровой накопитель, вход которого подключен к выходу элемента И, введены делитель частоты, счетный трйггер, формирователь интервала времени и фазочувствительный демодулятор, вход которого соединен с выходом масштабирующего усилителя, а выход— через первый резистор подключен к входу интегратора, причем вход дели»: теля частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход через первый резистор подключен к входу интег» ратора, причем вход делителя частоты подключен к выходу тактового генератора, а выход — к входу счетного триггера и к входу Формирователя интервала времени, выход которого соединен с третьим входом элемента И, при этом установочный вход цифрового накопите ля соединен с инверсным вьиодом счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены соответственно к первым и вторым управляющим входам блока питания датчиКа и Фазочувствительного демодулятора.

На чертеже представлена функцио" нальная электрическая схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь сигнала Садержит мостовой датчик 1, диагональ питания которого подключена к выходу блока 2 питания датчика. Вход блока 2 подключен к выходу источника 3 опорного напряжения. Измерительная диагональ мостового датчика 1 подключена к входу масштабирующего усилителя 4, выход которого соединен с входом Фазочувствительного демодулятора 5. Выход последнего через резистор 6 соединен с входом интегратора 7, к которому через резисторы 8 и 9 подключен также выход истОчника 3. Общая точка резисторов 8 и 9 .соединена с общей шиной через ключ 10. К выходу интегратора 7 подключен вход компаратора 11, выход которого соединен с 0-входом 0-триггера 12. Выход последнего подключен к управляющему входу ключа 10 и к первому входу элемента И 13, второй вход которого сое- динен с входом счетного триггера 12, с выходом тактового генератора 14 и с входом делителя 15 частоты. Выход последнего подключен х входу счетного триггера 16 и к входу Формирователя 12 временного интервала, выход которого соединен с третьим входом элемента И 13. К выходу последнего

1034173 подключен. вход цифрового накопите.ля 18, установочный вход которого подключен к инверсному выходу триггера 16, К прямому и инверсному выходам триггера 16 подключены соответственно первый и вторые управляющие входы блока 2 питания и фазо« чувствительного демодулятора 5. Циф.ровой накопитель 18 выполнен на фор.мирователе 19 импульсов сброса, эле-. мента 20 задержки, счетчике 21 и . регистре 22.

Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение с ксточйика 3 опорного напряжения поступает на блок 2 15 питания, а затем - ка диагональ питания мостового датчика 1, разбаланс которого пропорционален измеряемой величине. В результате на выходе.мостового датчика 1 появляется, . 2О сигнал, который усиливается усилителем 4 и поступает на вход фазочувствнтельного демодулятора 5, .с выхода которого напряжение поступает через резистор 6 на вход интегратора 7.В результате этого напряжение на вы ходе .интегратора 7 нарастает и в .определенный момент переходит нуле вой уровень, тогда ко юпаратор 11 из-. меняет .свое состояние на противопо-.

" .ложное к дает сигнал разрешения на ЗО

0-вход триггера 12, который срабатывает.от- первого, следующего после этого импульса, -поступающего на тактовый вход триггера 12 с тактового генератора 14 . С выхода триггера 12 35 осуществляется управление временем поступления напряжения с источника 3 опорного напряжения через последовательно соединенные резисторы 8 к 9 пупутем подачи сигнала на ключ 10. За- 4О ряд интегратора, таким образом, компенсируется опорным напряжением за

:один .кли несколько периодов частоты . тактового генератора 14. Прк увеличении входного напряжения увеличивается и скорость накопления.его кк тегратором 7, а значит, и частота сброса этого напряжения опорным напряжением, которая через элемент совпадения скнхронкзкруется с тактоsoa частотой к поступает на вход 56 цифрового накопителя 18.

Одновременно частота с тактового генератора.14 поступает иа делитель

15 частоты, а с него - ка счетный вход триггера 16., которые формирует два равных полупериода времени из мерения частоты. Триггер 16, имев- щий на выходах два равных полуперкода времени измерения, производит как изменение полярности выходного напряжения блока 2 питания к пктаккя

:мостового датчика 1, так к управле+: нке фазочувствктельйым демодудятором 5. Фазочувствителькый демодуля тор 5 производит преобразование вход- щ кого знакопеременного напряжения в напряжение одной полярности, что необходИмо для работы интегратора 7 .и, компаратора 11.

Переходные процессы, возникающие в преобразователе при переключении, вызванные как наличием линий связи между мостовым датчиком 1, блоком 2 питания и масштабирующим усилите=лем 4, так и ограниченным быстродей-. ствием элементов преобразования, учитываются введением формирователя 17 интервала времени, при этом после каждого переключения полярности питания мостового датчика 1 происходит запирание элемента И 13 на время, определяемое формирователем 17 ин тервала времени, выходные импульсы которого в этот интервал времени не поступают в цифровой накопитель 18.

Интервал времени для компенсации влияния. переходных процессов определяется быстродействием преобразователя .в целом к может быть выбран достаточно малым.

Цифровой накопитель 18 работаетследующкм образом.

В счетчик 21 за время измерения, состоящее из двух равных полупериодов, поступают импульсы с выхода эле-мента И 13, после чего происходит перезапись с накопленного за зто время в: счетчике кода в регистр 22 одним из фронтов выходного сигнала триггера 16 через формирователь 19 импульса сброса. Через время, опре деляемое элементом 20 задержки, происходит сброс счетчика 21, а на выходе регистра 22 присутствует выходной код, равный сумме измерений за два равных полупериода времени измерения.

Таким образом, прк сложении в цифровом-накопителе 18 результатов преобразования двух равных полупериодов времени измерения, .т.е. при t - =ь -m, при которых получается сцадующее

С(Ос+1 }т р И С(0 1 к) ;

«Й+Иа=С(0с+ сю+Нс l )i=2CUJci Уаеличивается точность преобразования эа счет компенсации напряжения смещения .и его дрейфа по сравнению с известными преобразователями.

Введение компенсации аддитивных составляющих погрешности позволяет уменьшить дрейф напряжения смещения до уровня 0,02-0,04 мкВ/град., что составляет 0,0005-0,001%.

Использование предлагаемого преобразователя в образцовых тенэорезксторных динамометрах 3-ro разряда позволяет заменить существующие механические динамометры. При этом годовой экономический эффект . составляет 240,1 тыс, руб. на 100 шт. динамометров.

1034173

Составитель В. Дмитриев

Редактор М. Рачкулинец ТехредN.Гергель Корректор Г. Решетник. Заказ 5642/58 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д". -4/5

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

Число импульсов, поступающих на счетчик 21 в первый полупериод вре- . мени измерения, пропорционально сумме входного напряжения и напряжения смещения масштабирующего усилителя 4, а число, поступающее во второй полу- 5 период — разности этих напряжений.

Таким образом, суммарное число, записанное в счетчике эа оба полупериода, не зависит от напряжения смещения и тем самым исключается погрешность, обусловленная влиянием этого напряжения. Таким образом, изобретение : позволяет повысить точность преобразования.