Функциональный преобразователь сопротивления в частоту

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЧАСТОТУ содержшций усилитель, к входу которого подключен первый вывод преобразуемого сопротивления, второй вывод которого подключен к общей шине устройства, выход усилптеля соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к выходной шине устройства , отличающийся тем, что, с целью расмирения диапазона измерений, внего введены преобразователь периода в напряжение и преобразователь напряжения в ток. причем вход преобразователя периода в напряжение подключен к выходной шине устройства, а выход преобразователя периода в -напряжение - к входу преобразователя напряжения в ток, выход которого соединен с первым выводом преобразуеСЛ мого сопротивления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 03 К 13 20 (21) 3540652/18-21 (22) 14.01.83 (46) 07,07.84. Бюл. Р 25 (,72) Н.Н.Барышевский и Ю.Г.Туманов (53 ) 681. 325 (088. 8 ) 1 (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 600477, кл. Н 03 К 13/20, 1978, 2. Авторское свидетельство СССР

0496677. кл. Н 03 К 13/20, 1975. (54)(57) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий усилитель, к входу которого подключен первый вывод преобра„„SU„„1 jL02 4 А зуемого сопротивления, второй вывод которого подключен к общей ши- не устройства, выход усил. теля соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к выходной шине устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения диа пазона измерений, в. него введены преобразователь периода в напряжение и преобразователь напряжения в ток, причем вход преобразователя периода в напряжение подключен к выходной шине устройства, а выход преобразователя периода в напряжение — к .входу преобразователя напряжения в ток, выход которого соединен с первым выводом преобразуемого сопротивления.

1102034

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении широкодиапаэонных измерителей различных физических величин с применением реэистивных датчиков, а также для линеариэации характеристик датчиков.

Известен частотный преобразователь сопротивления, содержащий источник питания, генератор тока, усилитель-повторитель, пороговое устройство и конденсатор, причем выход генератора тока через преобразуемое сопротивление соединен с конденсатором, входом порогового устройства и входом усилителя-повто. рителя, а выход последнего подключен к выходу генератора тока непосредственно (1 l, 10

Недостатком устройства является то, что расширение диапазона изме рений возможно только в сторону малых сопротивлений, причем погрешность от влияния омического сопротивления соединительных проводов при этом большая.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является преобразователь сопротивления в частоту следования и. пульсов,. содержащий резистивный делитель, усилитель с переключаемым коэйфициентом усиления и преобразователь напряжения в частоту (пнч) . выход которого является выходом устройства и подключен к упоавляюиему входу усилителя. информационный вход котового соединен с .выходом резестивного делителя. выход усилителя соединен с входом

ПНЧ, причем выход источника опорного напряжения ПНЧ соединен с входом реэестивного делителя (23.

Недостатком известного устройства являются низкая точность преобра- 45 зования при расширении диапазона преобразуемых сопротивлений, влияние на погрешность преобразования омическога сопротивления соединительных проводов датчика. Мощность рассеива- 50 ния на преобразуемом сопротивлении не является постоянной величиной при изменении величины сопротивления.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь сопротивления в частоту, содержащий усилитель, к входу которого подключен первый вывод преобразуемого сопротив- 61 ления, второй вывод которого подключен к общей шине устройства,.выход усилителя соединен с входом преобразователя напряжения в частоту, выход которого подключен к выходной шине 65 устройства, введены преобразователь периода в напряжение и преобразователь напряжения в ток, причем вход преобразователя периода в напряжение подключен к выходной шине устройства а выход преобразователя периода в напряжение — к входу преобразователя напряжения в ток, выход которого соединен с первым выводом преобразуемого сопротивления.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг,2 — эпюры. поясняющие принцип работы устройства; на фиг.3 — вариант структурной схемы преобразователя периода в напряжение; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие прИнцип работы преобразователя.

Функциональный преобразователь сопротивления в частоту содержит усилитель 1, преобраэователь 2 напряжения в частоту, преобразователь 3 периода в напряжение, преобразователь 4 напряжения в ток и преобразу-. емое сопротивление 5, которое подключено к входу усилителя 1, выход которого соединен с входом преобразователя 2 напряжения в частоту. Выход последнего, являющийся выходной шиной устройства, соединен с входом преобразователя 3 периода в напряжение, выход которого подключен к входу.преобразователя 4 напряжения в ток. а выход последнего подключен к прЕобразуемому сопротивлению 5. Преобразователь 3 перибда в напряжение содержит распределитель б импульсов, источник 7 опорного напряжения, ключи 8-10, интеграторы

11-13, ключи 14-16 (фиг.3). Выход источника опорного напряжения 7 подключен к входам ключей 8-10, выходы последних соединены с входами интеграторов 11-13 соответственно. в свою очередь выходы интеграторов связаны с выходом преобразователя периода в напряжение соответственно через ключи 14-16. При этом,первый выход распределителя б импульсов связан с управляющими входами интегратора 12 и ключей 8 и 16, второй выход — с управляющими входами интегратора 13 и ключей 9 и 14, а третий — с управляющими входами интегратора 11 и ключей 10 и 15. Вход распределителя импульсов б является одновременно входом преобразователя периода в напряжение.

Усилитель 1 может быть построен на базе микросхемы 140УД7, этот же тип микросхем можно применить в качестве интегратора преобразователя

2 напряжения в частоту, а также интеграторов преобразователя 3 периода в напряжение и при построении преобразователя 4 напряжения в ток.

В качестве компаратора преобразовате1102034

"х-Кхс х .ц о о

25, U К Т

Oll ANT Х () пан

Рх — преобразуем

35

1) Й„(3) fõ=

Корнеквадратическая зависимость, выходной частоты устройства от величи ны преобразуемого сопротивления по епи об55 лучена благодаря наличию в цепи ратной связи устройства преобразования вида х . В данном случае это преобразование осуществляет преобразователь 3 периода в напряжение.

60 Принимая во внимание, что Ех=— подставляем (3) в выражение (2): "

М"х

4х

65 ля 2 напряжения в частоту можно использовать микросхему 521СА3, При построении Формирователя импульсов обратной связи преобразоьателя 2 напряжения в частоту, а также распределителя импульсов преобразователя 3 периода в напряжение могут быть применены микросхемы серий 561 и 176 с целью уменьшения энергопотребления.

В качестве ключей преобразователя

3 периода. в напряжение могут быть использованы,мокросхемы серии. 168, а в качестве ключей преобразователя

2 напряжения в частоту и в схеме преобразователя 4 напряжения в токполевые транзисторы КП305 и КПЗОЗ, Функциональный преобразователь сопротивления в частоту работает следующим образом.

Постоянное напряжение на преобразуемом сопротивлении 5 усиливается усилителем 1 и поступает на вход преобразователя 2 напряжения в частоту с импульсной обратной связью, Выходной сигнал преобразователя, представляет собой импульсную последовательность (Фиг.2 5). Эта последовательность поступает на вход преобразователя 3 периода в напряжение (фиг.3 ). По мере поступления импульсов на вход распределителя 6 импуль.сов, поочередно íà трех его выходах появляется разрешающий уровень> открывающий соответствующие ключи..преобразователя 3, Пусть, например, разрешающий уровень появился на первом . выходе распределителя 6 импульсов, при этом открыты ключи 8 и 16, выходное напряжение U источника опорного напряжения 7 поступает на вход интегратора 11. При этом напряжение на его выходе линейно возрастает в . течение интервала между двумя последующими импульсами преобразователя

2 напряжения в частоту. В это время выходной сигнал интегратора 13 через открытый ключ 16 поступает на вход преобразователя 4 напряжения в ток, а интегратор 12 приводится в исходное состояние. Во втором такте работы распределителя 6 разрешающий уровень на втором.его выходе открывает ключи 9 и 14, при этом напряжение на выходе интегратора 12 в течение времени T линейно возрастает, выходной сигнал интегратора 11 поступает на вход преобразователя 4 напряжения в ток, а интегратор 13. обнуляется, В третьем такте открыты ключи 10 и 15, напряжение интегрируется интегратором 13, интегратор

11 обнуляется, а выход интегратора

12 подключен к входу преобразователя 4 напряжения в ток. Этот процесс циклически повторяется. Напряжение, поступающее на вход преобразователя

4 напряжения в ток, постоянно (фиг.

26) и изменяется пропорционаЛьно изменению периода следования импульсов с выхода преобразователя 2 напряжения в частоту. Постоянное на, пряжение преобразуется в постоянный ток с помощью преобразователя 4 напряжения в ток. Этот ток. протекая .по преобразуемо у сопротивлению 5, создает падение напряжения, которое затем усиливается усилителем 1.

10 для выходного сигнала устройства справедливо выражение (

)5 где Ех — выходная частота устройства;

U — напряжение на преобразуемом сопротивлении;

К вЂ” коэФФициент усиления усилителя 1;

U,4Π— амплитуда и длительность импульса постоянной вольтсекундной площади на выходе преобразователя 2 напряжения в частоту.

Напряжение на преобразуемом сопротивлении: где ое сопротивление; цо„ вЂ” выходное напряжение источника опорного, напряжения 7; цп„ вЂ” постоянная времени интегратора преобразования периода в на пряжение:

k„« — коэФфициент преобразования преобразователя напряжения в ток КIIHT = )(РqqT

Т = — — период выходного сиг.

Х К

45 нала устройства.

С учетом (2) выражение (1) приобретает вид

1202034

Мощность, рассеиваемая на преобразуемом сопротивлении в процессе преобразования;

° (s) х оп и. 0о о

P Rx К сУппн

Рассеиваемая мощность не изменяется во всем диапазоне переобразуемых сопротивлений„ поскольку выраже.ние (51 не зависит от R„.Ðåàêòèâíûe параметры преобразуемого сопротивления не влияют на погрешность преобразования, поскольку пр преобразуемому сопротивлению протекает постоянный ток. Так как в структуре преобразователя имеется передача частотного сигнала между выходом преобразователя 2 напряжения в частоту и преобразователем 3 периода в напряжение, то легко осуществить гальваническую развязку между токозада"ющей и измерительной частями устройства, что исключает погрешность от влияния омическогб сопротивления соединительных проводов преобразуемого сопротивления, Из выражения (4 1 видно, что изменение напряжения на преобразуемом сопротивлении и, следовательно, входного сигнала всех узлов устройства в корень квадратный раз меньше изменения величины самого преобразуемого сопротивления. Это означает, что изменение В„ на 120 дБ приводит к изменению измеряемого на нем напряжения на 60 дБ. При сохра15 нении заданной точности преобразования и требований к метрологическим характеристикам узлов устройства это позволяет расширить диапазон преобразуемых сопротивлений.

1102034

Составитель В. Пешков

Редактор H.ßöîëà Техред И.Надь Корректор Г Решетник

Заказ 4782/43 тираж 862 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