Преобразователь среднего значения напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий включенные последовательно линейный детектор, интегратор и элемент выборки-хранения , выход которого подключен к второму входу интегратора, a также формирователь, включенный между входом линейного детектора и управляющим входом элемента выборки хранения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования , в него дополнительно введены соединенные последовательно буферньй регистр, дещифратор, коммутатор и резисторная матрица, выход которой подключен к третьему входу интегратора, соединенные последовательно регистр поразрядного уравновешивания и преобразователь кода во временный интервал, выход которого подключен к управляющему входу ключа, источник эталонных напряжений , компаратор и блок управления, вход которого подключен к выходу формирователя , a выходы соответственно к управляюпщм входам регистра поразрядного уравновешивания, преобразователя кода во временный интер (Л вал и буферного регистра, причем первый выход источника эталонных напряжений соединен через ключ с четвертым входом интегратора, a два вторых его выхода - с вторыми входами коммутатора, вторые выходы регистра поразрядного уравновешивания соединены с входами буферного регистра, a вход регистра пораз4 рядного уравновешивания соединен СО с выходом KcwnapaTopa, входы кото0д рого соединены соответственно с выktiib ходом элемента выборки-хранения и общей шиной.

СООЗ СОВЕТСНИХ

ИЮМФ

РЕСПУБЛИК

0% (!!!

4964 А

3(5!! С 01 R 19/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPbiTPN (21) 3392421/18-21 (22) 05.02.82 (46) 23.09.84. Бюл. Ф 35 (72) И.Ю.Сергеев, В.М.Лунин, А.Е.Коротынский, В.С.Артеменко,.

В.И.Русин, Ю.Н.Самарцев, Ю.Н.Власенко, В.K.Рощин и О.Н.Гулак (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621.317.72(088.8) (56) 1. Мартяшин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения.

М., "Энергия"!976, с. 159,рис.3 — 23..

2. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. N. "Советское радио", 1977, с. 91, рис. 2.55 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СРЕДНЕГО

ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий включенные последовательно линейный детектор, интегратор и элемент вы- борки-хранения, выход которого подключен к второму входу интегратора, а также формирователь, включенныи между входом линейного детектора и управляющим входом элемента выборки хранения, отличающийся тем, что, с целью повышения тоЧности преобразования, в него дополнительно введены соединенные последовательно буферный регистр, дешифратор, коммутатор и резисторная матрица, выход которой подключен к третьему входу интегратора, соединенные последовательно регистр поразрядного уранновешивания и преобразователь кода во временный интервал, выход которого подключен к управляющему входу ключа, источник эталонных напряжений, компаратор и блок управления, вход которого подключен к выходу формирователя, а выходы соответственно— к управляющим входам регистра поразрядного уравновешивания, преобразователя кода во временный интервал и буферного регистра, причем первый выход источника эталонных напряжений соединен через ключ с четвертым входом интегратора, а два вторых его выхода — с вторыми входами коммутатора, вторые выходы регистра поразрядного уравновешивания соединены с входами буферного регистра, а вход регистра поразрядного уравновешивания соединен с выходом компаратора, входы кото-рого соединены соответственно с выходом элемента выборки-хранения и общей шиной.

Изобретение, относится к измери: тельной технике и может быть. использовано в измерительных и управляющих системах для преобразования переменного сигнала в постоянное 5 напряжение или цифровой-код.

Известны преобразователи переменного сигнала в цифровой код, содержащие формирователь противофазного входного сигнала, два сумматора, 10 два элемента сравнения, генератор пилообразного напряжения, триггер, управляющее устройство, элемент совпадений, генератор тепловых импульсов, ключ и цифровой счетчик (1) . 15

К недостаткам подобных устройств относятся невозможность получения выходного сигнала в аналоговой форме, а также низкая точность, вызванная различным дрейфом пороговых уров- 2О ней элементов сравнения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь среднего значения напряжения, содержащий включенные 25 последовательно линейный детектор; интегратор и элемент выборки-хранения, выход которого подключен к второму входу интегратора, а также формирователь, включенный между входом линейного детектора и управляющим входом элемента выборки-хранения (2) .

Недостатком известного преобразователя является низкая точность пре35 образования, вызванная нелинейностью функции преобразования при работе с цифровыми регистрирующими устройствами.

Целью изобретения является ловы- 40 шение точности преобразования при работе с цифровыми регистрирующими устройствами путем введения корректирующего кусочно-ступенчатого напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь среднего значения напряжения, содержащий включенные последовательно линейный детектор, интегратор и элемент выборки-хране- 50 ния, выход которого подключен к второму входу интегратора, а также формирователь, включенный между входом линейного детектора и управляющим входом элемента выборки-хранения, 55 дополнительно введены соединенные последовательно буферный регистр, дешифратор, коммутатор и резистор1114964 2 ная матрица, выход которой подключен к третьему входу интегратора, соеди- ненные последовательно регистр поразрядного уравновешивания и преобразователь кода во временой интервал, выход которого подключен к управляющему входу ключа, источник эталонных напряжений, компаратор и блок управления, вход которoro подключен к выходу формирователя, а выходы соответственно — к управляющим входам регистра поразрядного уравновешивания, преобразователя кода во временной интервал и буферного регистра, причем первый выход источника эталонных напряжений соединен через ключ с четвертым входом интегратора, а два вторых его выхода — с вторыми входами коммутатора, вторые выходы регистра поразрядного уравновешивания соединены с входами буферного регистра, а вход регистра поразрядного уравно-! вешивания соединен с выходом компа- ратора, входы которого соединены соответственно с выходом элемента выборки-хранение и общей шиной.

На чертеже представлена блоксхема преобразователя среднего значения напряжения.

Преобразователь содержит соединенные последовательно линейный детектор 1, интегратор 2 и элемент

3 выборки-хранения, выход которого соединен с вторым входом интегратора 2, формирователь 4, включенный между входом линейного детектора 1, соединенным с входной шиной устройства и управляющим входом элемента 3 выборки-хранения, источник

5 эталонных напряжений, первые два входа которого соединены с первыми входами коммутатора 6, выходы которого через резисторную матрицу 7 соединены с третьим входом интегратора 2, блок 8. управления, вход которого соединен с выходом формирователя 4, а два первых выхода соединены соответственно с управляющими входами соединенных последовательно регистра 9 поразрядного уравновешивания и преобразователя 10 кода во временной интервал, выход которого подключен к управляющему входу ключа 11, включенного между третьим выходом, источника 5 н четвертым входом интегратора 2, соединенные последовательно буферный

9 64

После окончания первого цикла работы преобразователя напряжение на выходе элемента 3 выборки-хранения определяется выражением

Т

Uex(t t òõ Ê,U 1 Кпт где K„ — коэффициент передачи элемента 3 выборки-хранения; времязадающее,сопротивление ийтегратора 2 по первому входу;

1 — времязадающее сопротивление интегратора 2 по второму входу; кy- времязадающее сопротивление интегратора 2 по четвертому входу;

С вЂ” емкость конденсатора интегратора 2;

Š— напряжение источника 5 этаО лонного напряжения.

Аналогично, после окончания q --го цикла преобразования первого этапа напряжение на выходе элемента 3 выборки-хранения определяется выражением

Г ! !«и 4Т и к т

<< * „c!(<<а В

Выражение (2) состоит из двух частей: геометрической прогрессии, сходящейся при условии 1 - T I а, 1 и убывающего при этом же условии члена.

В установившемся режиме (Π— оо ) если выполняется неравенство !

<-х(,! (3) напряжение на выходе элемента 3 выборки-хранения определяется выражением — Е Т

Rz

3 (4) 3 1114 регистр 12 и дешифратор 13, выходы- которого соединены с вторыми входами коммутатора 6, входом буферного регистра 12, входы которого соединены с выходами регистра 9 поразрядного уравновешивания, вход которого соединен с выходом компаратора 14, входы которого соединены соответственно с выходом элемента 3 и общей шиной. Блок 8 управления может быть выполнен следующим образом. Между его входом и вторым выходом включен умножитель 15 частоты, .между его ,входом н первым выходом включен делитель 16 частоты, между выходом

1 делителя 16 частоты и третьим выходом — соединенные последовательно делитель 17 частоты и элемент 18 задержки. Коэффициент умножения в умножителе 15 определяется требуемой

2 точностью преобразователя и при погрешности 0,17 равен 1000, в качестве этого умножителя можно использовать генератор синхронизируемый импульсами формирователя 4. Коэффициент деления блока 16 - б равен количеству циклов сходимости преобразователя. Коэффициент деления блока

17 зависит от точности преобразователя и разрядности регистра 9 поразрядного уравновешивания. При погрешности 0,1Е он равен 10.

Преобразователь среднего значения напряжения работает в два этапа, каждый из которых состоит из нескольких циклов,. за время которых преобра- 35 зование заканчивается. В каждом цикле первого этапа осуществляется одновременное интегрирование интегратором

2 в течение периода Т входного переменного напряжения выходных напряжений линейного детектора 1 и элемента 3 выборки-хранения, и в течение времени Т компенсации напряжения источника 5 эталонных напряжений.

Кроме того, в каждом цикле по сигналу 45 формирователя 4, синхронизированному с входным переменным сигналом, например с переходом его через ноль, осуществляется выборка выходного напряжения интегратора 2 и запоминание 50 этого значения в течение периода Т.

Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе элемента 3 выборки хранения равно

Ц!,. На вход интегратора 2 поступает 55 выпрямленное линейным детектором 1, представляющим собой двухполупериодный выпрямитель, напряжение.

Т

Rq

"вью.т = к,, ) !"вх " !" с помощью регистра 9 осуществляется поразрядное уравновешивание напряжения на выходе элемента 3 выборкихранения. Сначала записывается "1" в старший разряд регистра 9 с помощью блока 8 управления. С помощью

1114964 преобразователя 10 этот код преобразуется в интервал времени и управляет ключом 11, подключая к четвертому входу интегратора 2 напряжение Е ; Если произошла перекомпенсация (изменился знак напряжения на выходе элемента выборки-хранения и соответственно на выходе компаратора 14), то "1" записывается в следующий разряд регистра 9, а " 1" в старшем разряде регистра 9 сч ирается. Затем снова определяется знак напряжения на выходе компара тора 14. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе элемента 3 выборки-хранения не станет равным нулю (или точнее, пока оно не попадет в область нечувствительности компаратора 14).

Из выражения (4) имеем

Т сР (5) —,, lIIexttlldt — „,т„;т,= .. о

10!

В результате преобразования на втором этапе код в регистре 1О поразрядного уравновешивания будет

1 пропорционален интервалу времени Т

Т

К д су +

Ео !

Тх Rq

Тхе R1

R Е, R Ео су + "3

Е.тщ R; (6) Е1

0 KS

N х

55 где Т1,8- период квантирующего импульса. Как следует из.уравнения преоб25 где U = — jU(t) i dt — среднее значеТ Вх о ние входного напряжения U>»(t).

Соответствующий интервалу времени компенсации Т» код 0» с выхода

30 регистра 9 поразрядного,уравновешивания по сйгналу блока 8 управления (сигнал конца первого этапа преобразования) переписывается в буферный регистр 12, где хранится в течение всего второго этапа преобразования.

Каждый цикл второго этапа преобразования отличается от первого тем, что по коду, записанному в буферной регистре 12 с помощью дешифратора

13 и коммутатора 6, к входу интегра40 тора 2 подключается напряжение Е, (положительной или отрицательной полярности) через один из резисторов

Rg резисторной матрицы 7 и интегрируется в течение всего времени цик45 ла Т.

I разования выходной код Я» имеет две составляющие. Я нср

Первая из них 5- . с -с определя

С1 1Х1 ется средним значением входного переменного напряжения, а вторая формируется вновь введенными в преобразователь среднего значения напряжеР Е; ния блоками. Составляющая

ЕОТ1 Ь определяется средним значением входного переменного напряжения (определяемого на первом этапе и которому соответствует подключение резистора

К и источника Е;). Весь диапазон изменения среднего значения входного переменного напряжения разбивается на поддиапазон, в каждом из которых посредством буферного регистра 12, дешифратора 13 и коммутатора 6 между входом интегратора 2 и выходами источника эталонного напряжения включается соответствующий этому поддиапазону резистор R резистивной мат4 рицы 7. В результате в каждом поддиапазоне Ut к основной составляющей выходного кода †- Е т прибавИ Ис

Ri Ео Гкв ляется (или вычитается — в зависимости от полярности Е ) добавка. Совоf купность всех добавок во всем диапазоне изменения Utp представляет со— бой кусочно-ступенчатую функцию, которой можно аппроксимировать различные линейные зависимос.ти.

Благодаря этому в результирующую зависимость выходного кода от среднего значения входного переменного напряжения может быть введена требуемая нелинейность для линеаризации характеристики преобразователя или для осуществления функционального преобразования Ut в код.

Преобразователь среднего значения напряжения также можно использовать как функциональный калибратор среднего значения напряжения, если на втором этапе преобразования отключить ключ 11 от входного интегратора 2 и в качестве выходной величины использовать напряжение на выходе элемента 3 выборки-хранения

U! = 1 U + 2 E . (7) вмх ср

R< R1

Это напряжение можно использовать для управления различного рода регуляторами, используемыми в системах автоматического управления.

Введение в устройство источника эталонного напряжения, коммутатора, 1114964

Составитель Е.Борзов

Редактор В.Иванова Техред М. Гергель Корректор М Лароши

Заказ 67б3/31 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 резистивной матрицы, дешифратора, буферного регистра, регистра пораз- рядного уравновешивания, преобразователя кода в интервал времени, ключа, компаратора и устройства уп- 5 равления с соответствующими связями выгодно отличает предлагаемый преобразователь,среднего значения йапряжения от известных. . Преобразователь при относительной простоте и сравнительно низким требо ваниям, предьявляемам к его блокамм, позволяет осуществлять. функциональноее пр еобр as ование среднего значения, входного переменного напряжения в код или в выходное постоянное напряжение с высокой .точностью, при этом может осуществляться линеаризация передаточных характеристик входных датчиков используемых вместе с преобразователем.