Устройство коррекции нулевого уровня сигнала постоянного тока

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различного рода измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрического сопротивления и т.д.- В устройстве решается задача компенсации дрейфа нуля. При этом входной сигнал устройства суммируется с выходным сигналом первого источника опорного напряжения, а суммарный сигнал поступает на первый.вход суммирующего усилителя Выходной сигнал последнего поступает на вход индикатора и на первьш вход компаратора, в котором сравнивается с выходным сигналом второго источника опорного сигнала, Выходной сигнал компаратора поступает на вход Запрет счета реверсивного счетчика, на счетный вход которого поступает выходной сигнал гене-т ратора импульсов, а на вход Установка О - выходной сигнал блока запуска . Выходной сигнал реверсивного счетчика анализируется в декодирующей резистивной матрице, а результат сравнения поступает на второй вход суммирующего усилителя. 1 ил. I сл с: ю кэ о:) 4; о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1226401 А уд4 G 0,5 В 5/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

FlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3756036/24-24 (22) 16.04.84 (46) 23.04.86. Бюл. Р 15 (71) Конотопский ордена Трудового

Красного Знамени электромеханический завод Красный металлист" (72) А.А.Чмырь, А.П.Спицкий и А.О.Передрий (53) 62-50(088.8) (56) Патент США Ф 3886786, кл. С 01 N 33/16, опублик. 1974.

Патент США В 3784912, кл. G 01 К 17/06, опублик. 1973. (54) УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ НУЛЕВОГО

УРОВНЯ СИГНАЛА ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различного рода измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрического сопротивления и т.д.. В устройстве решается задача компенсации дрейфа нуля. При этом входной сигнал устройства суммируется с выходным сигналам первого источника опорного напряжения, а суммарный сигнал поступает на первый вход суммирующего усилителя. Выходной сигнал последнего поступает на вход индикатора и на первый вход компаратора, в котором сравнивается с выходным сигналом второго источника опорного сигнала.

Выходной сигнал компаратора поступает на вход Запрет счета" реверсивного счетчика, на счетный вход которого поступает выходной сигнал гене-. 3 ратора импульсов, а на вход "Установ- р ка "О" — выходной сигнал блока запус- M Ф ка. Выходной сигнал реверсивного счетчика анализируется в декодирующей резистивной матрице, а результат сравнения поступает на второй вход суммирующего усилителя. 1 ил.

1226ч01

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различного рода электронных измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрического сопротивления и т.д, Цель изобретения — повышение точности устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 сигнала, переменный резистор 2, суммирующий усилитель 3, генератор 4 импульсов, счетчик 5 импульсов, декодирующую резистивную матрицу 6„ компаратор 7, переменный резистор 8, индикатор 9 выходного сигнала, блок

10 запуска, первый и второй источники 11 и 12 постоянного напряжения, первый и второй источники 13 и 1 i опорного напряжения, общие шины

15-17, резисторы 18-21, операционный усилитель 22.

На чертеже „ обозначает выходной сигнал декодирующей резистивной матрицы 6, U,,„ — выходной сигнал суммирующего усилителя 3, Ll, — выходной сигнал источника 1 сигнала, О,, выходной сигнал второго источника опорного напряжения.

В качестве источника 1 сигнала может быть применен источник сигнала постоянного тока.

Последовательное соединение счетчика 5 импульсов и декодирующей ре,зистивной матрицы 6 представляет собой цифроаналоговый преобразова— тель.

В состав первого источника 13 опорного напряжения входят источник

11 постоянного напряжения, переменный резистор 2 и общая шина 15.

В состав второго источника 1ч опорного напряжения входят источник

12 постоянного напряжения, переменный резистор 8 и общая шина 16.

В состав суммирующего усилителя

3 входят резисторы 18-21, операционный усилитель 22 и общая шина 17.

В варианте устройства, изображен= ном на чертеже, индикатор 9 выходного сигнала подключен непосредственно к выходу суммирующего усилителя

3, который должен для этого обладать необходимым коэффициентом усиления К„, поскольку при усилении

&Ь Х Х с р ар) 30 где ц ц и0,, выходные сигналы источника 1 сигнала, источника 13 опорного напряжения и декодирую3$ щей резистивной матрицы 6.

Обычно для измерительных приборов при О, =- О, О „„должно быть также равно нулю или какой-либо заранее заданной постоянной величине U

При U„„„= О из (1) следует: (2) -0 =-0 р сор

Поскольку регулируемое напряжение

U, .подается на неинвертирующий вход сумьжрующего усилителя 3, то знак

"-". сохранен в формуле (2) для получения на выходе суммирующего усили-. теля 3 нулевого напряжения.

При Ц = U, из (1) получают:

LJ, -Il + =-U (3) р ко .

1!

Практически U на выходе сумьаг55 рующего усилителя 3 получают измене з .нием (О на величину вЂ, с помощью

Р

Ку переменного резистора 2, при этом сигнала после суммирующего усилите ля 3 может также возникну-: отклонение сигнала, которое невозможно скомпенсировать данным устройством.

5 Если необходимо получить более высокий уровень сигнала, после суммирующего усилителя 3 можно включить масштабный усилитель и его выход соединить с входом компаратора 7.

В этом случае коэффициент усиления

К соответствует суммарному коэффициенту усиления суммирующего 3 и масштабного усилителей.

На входах суммирующего усилителя

I5 3 одновременно присутствуют три входных напряжения, В предлагаемом варианте на его инвертирующий вход подают напряжение коррекции U„„ а на его неинвертирующий вход — напря20 жения U. от источника 1 сигнала и напряжение U с выхода второго.исP точника l3 опорного напряжения. В результате этого на ввыходе суммирующего усилителя 3 образуется напря25 жение U Ä„, регистрируемое индикатором 9 ззыходного сигнала и определенное зыражением:

1226401

40 выражение (3) принимает вид, аналогичный (2).

Если установить "р = 0,4-0, 60„„„, 1 т. е. около середины диапазона изменения корректирующего напряжения, то такое включение обеспечивает корректировку уровня сигнала как в сторону его повышения, так и в сторону понижения.

При напряжении Ugbix равном нулю 1р или заданному U, которое подключено к первому входу компаратора 7, на другом его входе устанавливают с помощью переменного резистора 8 напряжение срабатывания так,что на выходе компаратора 7 образуется запрещающее напряжение. Это напряжение поступает, например, на вход Запрет счета" счетчика импульсов 5, прекращая поступление импульсов от генератора импульсов на счетчик 5 импульсов.

При этом триггеры счетчика 5 импульсов стоят в положении, обеспечивающем на выходе декодирующей резистив:ной матрицы 6 напряжение U„,„ = 0,40,60 „ „„, . При выполнении равенства (2) на выходе суммирующего усилителя 3 образуется напряжение

8Ьй.

= О. Если в это время на выходе источника 1 сигнала появляется сигнал

U, > О, то после усиления суммирующим усилителем 3 его регистрирует индикатор 9 выходного сигнала, проградуированный в единицах измеряемо- го параметра; Устройство коррекции

35 во время измерения не включается.

Аналогично индикатор 9 выходного сигнала показывает сигнал при самопроизвольном дрейфе напряжения U, в сторону положительных значений.

Если измерение в это время не производится, то для восстановления нулевых показаний включают блок 10 запуска, например, одновибратор, который подает положительный импульс на вход Установка О счетчи11

45 ка 5 импульсов. При этом на выходах счетчика 5 импульсов образуется напряжение, равное логическому нулю, и напряжение на выходе декодирующей резистивной матрицы 6 возраста50 ет до максимального U„„ „„, . Если

oU + U. (4), то исходя из равенства (1) получают U»„„„„. + О, При 0 „,, < О срабатывает компара- 55 тор 7 и снимает сигнал запрета счета со счетчика .5 импульсов. Импульсы от генератора 4 импульсов начинают поступать на счетчик 5 импульсов, на выходах которого образуется с каждым поступающим импульсом новый логический код, поступающий на декодирующую резистивную матрицу 6, преобразующую код в ступенчато-изменяющееся напряжение. В данном случае необходимо ступенчато-уменьшающееся напряжение, получаемое соответствующим соединением выходов счетчика 5 импульсов и декодирующей резистивной матрицы 6. Напряжение на выходе декодирующей резистив Ко t ной матрицы 6 уменьшается, а напряжение U,„ на выходе суммирующего усилителя 3 возрастает, следовательно, до тех пор, пока Ц,„ не становится равным заданному значению.

При этом срабатывает компаратор 7, что прекращает счет. Код на выходе счетчика 5 импульсов, а следовательно, и U,. сохраняются до следующей корректировки.

Из (1) видно, что приращение напряжения коррекции gU, равно приращению напряжения сигнала 6UÄ, Из (4) следует, что, поскольку u — устройство срабатывает, если уход сигнала U, не превышает 0,50„„, „ „, t

Диапазон изменения корректирующего напряжения выбирают исходя из реально возможного отклонения уровня сигнала, В случае измененияU в сторону отрицательных значений, сразу же становится меньше зацанного, что приводит к срабатыванию компаратора 7.

Первый же импульс на выходе гелератора 4 импульсов изменяет состояние триггеров счетчика 5 импульсов так, что двоичное число кода на его выходе возрастает на единицу.

Декодирующая резистивная матрица 6 соответственно уменьшает свое выходное напряжение на величину, соответствующую уровню квантования напряжения U„, который равен коР. макс

Ь

2. где — число триггеров счетчика 5 импульсов.

Выходной сигнал суммирующего усилителя 3 увеличится на величину К, " . О . Импульсы поступают на счетчик

5 импульсов до тех пор, пока Ua >» не достигает заданного значения. Тогда компаратор 7 останавливает счет на

1226401 новом значении кода, которое хранит" ся, пока не производится очередная коррекция то ли с помощью блока 10 запуска, то ли автоматически, при 5 уменьшении уровня сигнала„

Обычно в качестве цифроаналогового преобразователя применяют декодирующие резистивные матрицы типа Г

2 К„ Иод воздействием напряжения с tg выходов счетчика 5 импульсов включаются те или иные звенья декодирующей резистивной матрицы 6, вследствие чего меняется ее сопротивление.

При подключении источника 1 сигна- 15 па и декодирующей резистивной матри-.

cIbl 6 на один вхоц с "Ill рующег(7 уси лителя 3, указанная матрица оказьпзается вклю- сенной параплельно нагрузке источникB 1 сигнала, B результа- 20 те чего последний перегружается, E) т<7 же время включение нагрузки па-" раллельно дс содирующей резистивной матрице 6 нарушает линейность пре0hP230BHниЯ,, 2

Поэтому желательно дня развязки

Данных Цепс .Й пОдключать источник 1 сигнала и декодпрующую резистнвную матрицу 6 к разпым входам операциокНОГО УСИЛИТЕ7 Я, 30

ПО С .Iсолb К у КО pp Р1С ти 7 у .Оше е н IIII7$IJI F:"" ние с1„,. является còóïålãIBTO-n1меняю шпмся., то вспедствие этого возника-ет погрешность установки уровня сигЗта IIoT pc BIHooть ляется уровнем квантования выходного сигнала Ll,, декодирующей резис"тивной матрицы 6 н линейностью ее преобразования, Линейность преобразования в сВОю Очередь завис IT OT тО -I ", p ности подбора резисторов декоцирующей резистивкой матрицы 6, ПрименеBHp- интегральных цекодирующих резистивных матрип позволяет пренебречь погрешностью подбора ре-- А,зисторов.

Погрешность устройства вследствие. квантования кс рректирующего напря-* женин ОпоеделяетсSI cooTношением: I ОО

+ „„Е, где p - относительная погрешность,; число разрядов счетчи.са 5 импульсове

Отсюqa для восьмиразрядного счетиска С = О,195Ж, что удовлетворяет большинство измерительных приборов.

Для повышения точности установки можно применить счетчики в десять и более разрядов, Указанные отличительные особенкости позволили повысить примерно г шесть раз точность предлагаемого устройства коррекции.

Испытания макета устройства для применения его для коррекции нулевых показаний инфракрасного газоанализатора показывают, что при проведении периодической коррекции (1 раз в 6 ч) возрастает стабильность нулевых показаний, причем ухода нулевого сигнала в область отрицательных значений не наблюдается.

Применение изобретения в газоанализаторе дает возможность повысить класс точности газоанализатора.

Применение изобретения в других из, ерительных приборах позволит существенно повысить точность измерений, их Оперативность, поскольку- отпадает необходимость проверки и установки нулевых показаний измерительного прибора, ьормулаиз обретения

Устройствс7 коррекции нулевого уровня сигнала постоянного тока, со;" ержаще суммирующий усилитель, соединенный выходом с входом индикатоза выхс7дного сигнала и IIeDBblM входом

:-омпаратора, первым входом — с выходом и"точника сигнала, а вторым входом -- с выходом декодирующей резистивной матрииы, подключенной входами к, ooTBpòñTBóþøHì выходам счетчика импульсов, соединенного счетным вхо,-.том с выходом генератора импульсов, а входом "Запрет счета"— с выходэм компаратора, подключенно-0 вторым .вхс7дом к выходу первого источника о ïîðíîãî напряжения, о т— л и -I a Ia:JT е е с я тем, что, с целью повышения точности устрОйства, B нем дополнительно установлены BTQ рой источник опорного напряжения и блок запуска, соединенный выходом с входом "Установка "О" счетчика ими.льсов, а выход второго источника. опорногс напряжения соединен с первысм входом суммирующего усилителя.

1226401

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, Редактор Е.Папп

Заказ 2131/46

Составитель Ю.Гладков

Техред И.Попович Корректор M.Ìàêñèìèùèíåö

Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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