Аналого-цифровой преобразователь неэлектрических величин

 

Изобретение относится к измерительной технике и системам управления и может быть использовано как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом. В преобразователь, содержащий источник 1 опорного напряжения. блок 2 питания датчика, мостовой датчик 3, масштабирующий усилитель 4, фазочувствительньй демодулятор 5, резисторы 6, 8, 9, интегратор 32, компаратор 11, D-триггер 12, элемент И 14, ключ 10, тактовый генератор 13, делитель 15 частоты, формирователь 16 временных интервалов, счетный триггер 22, формирователь 21 импульсов сброса, элемент 17 задержки, счетчик импульсов 18, формирователь 27 результата, с целью повышения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, введены второй и третий счетчики 19 и 20 импульсов , первый и второй блоки 23 и 28 g сравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величины, блок 25 обработки,регистр 26 знака,блок 29 задания начального порога измеряемой величины, блок 30 управления, формй- ; рователь 31 пилообразного напряжения, четвертый резистор 7, переключатель 37 дискретности выходного кода, эле мент ИЛИ 38, кнопка 39. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. „р СО Фаг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК (51)4 H 03 M 1/52

?З

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3913838/24-24 (22) 20.06.85 (46) 15.06.88. Бюл. Ф 22 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) А.А.Асеев, В.П.Баранов, Ю.В.Кузнецов и Г.А.Мигай (53) 681.325(088.8) (56) Орнатский П.П. Теоретические основы информационно- измерительной техники. Киев, Вища школа, 1976, с. 386.Авторское свидетельство СССР

11? 1034173, кл. Н 03 M 1/52. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к измерительной технике и системам управления и может быть использовано как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом. В преобразователь, содержащий источник 1 опорного напряжения, „„SU„„1403374 А1 блок 2 питания датчика, мостовой датчик 3, масштабирующий усилитель 4, фазочувствительный демодулятор 5, резисторы 6, 8, 9, интегратор 32, компаратор 11, D-триггер 12, элемент И

14, ключ 10, тактовый генератор 13, делитель 15 частоты, формирователь

16 временных интервалов, счетный триггер 22, формирователь 21 импульсов сброса, элемент 17 задержки, счетчик импульсов 18, формирователь

27 результата, с целью повышения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, введены.:второй и третий счетчики 19 и 20 импульсов, первый и второй блоки 23 и 28 сравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величины, блок 25 обработки, регистр 26 знака, блок

29 задания начального порога измеряемой величины, блок 30 управления, форми= рователь 31 пилообразного напряжения, четвертый резистор 7, переключатель

37 дискретности выходного кода, элемент ИЛИ 38, кнопка 39. f з.п.ф-лы, 2 ил.

1403374

Изобретение относится к измерительной технике и системам управле-, ния и может быть использовано в уст:ройствах измерения механических величин, а также как устройство сопряжения первичных мостовых преобразователей с вычислительным комплексом.

Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя, на фиг.2 блока управления.

Преобразователь содержит источник 1 опорного напряжения, блок 2 питания датчика, мостовой датчик 3, масштабирующий усилитель 4, фазочувствительный демодулятор 5, четыре токоограничивающих элементов 6-9, выполненных на резисторах, ключ 10, компаратор

11, D-триггер 12, тактовый генератор

13, элемент И 14, делитель 15, форми-рователь 16 временных интервалов, элемент. 17 задержки, первый, второй и третий счетчики 18-20 импульсов, формирователь 21 импульсов сброса, счетный триггер 22, первый блок 23 сравнения, блок 24 задания порога скорости изменения измеряемой величины, блок 25 обработки, регистр 26 знака, формирователь 27 результата, второй блок 28 сравнения, блок 29 задания начального порога измеряемой величины, блок 30 управления, формирователь 31 пилообразного напряжения, интегратор 32, блок 33 масштабирования, линеаризатор 34, регистр 35 начальной нагрузки, вычитатель 36 пе реключатель 37 дискретности выходного кода, элементы 38 ИЛИ, кнопку 39.

Блок управления содержит первый и второй ннверторы 40 и 41, первый и второй элементы 42 и 43 И.

Преобразователь работает следующим образом.

Мостовой датчик 3 питается от источника 1 опорного напряжения через блок ? питания датчика, который формирует парафазное напряжение, полярность которого переключается один раз за цикл измерения.

Усиленный сигнал разбаланса датчика 3 через масштабный усилитель 4, фазочувствительный демодулятор 5 и резистор 6 подается на вход интегратора 32. Знак коэффициента передачи блока 5 переключается одновременно с полярностью напряжения питания датчика под действием выходного сигнала делителя 15 частоты, Опорный сигнал интегратора 32 формируется от источника 1 через резисторы 8 и 9 при помощи ключа 10. Компаратор 11 и Dтриггер 12 образуют традиционную схему формирования импульсов управления ключом 10 в устройствах с импульсной обратной связью. Элемент 14 И разрешает прохождение на счетчики 18-20 через элемент 17 задержки выходной частоты триггера 12 за время измерения, сформированное формирователем

16 временных интервалов. Формирователь 21 импульсов сброса производит очистку счетчиков 18-20 перед поступлением в них выходной частоты триггера 12. Информация в счетчик 18 заносится в течение всего времени измерения, а в счетчики 19 и 20 — поочередно в течение двух равных частей этого времени. Очередностью занесения информации в них управляет счетный триггер 22, вход которого подключен к промежуточному выходу формирователя 16 временных интервалов, а прямой и инверсный выходы — к управляющим входам указанных счетчиков (при наличии на этом входе разрешающего сигнала информация заносится в счетчик, в противном случае занесение информации блокируется).

Записанные в счетчиках 19 и 20 промежуточные значения выходной частоты .триггера 12 сравниваются первым блоком 23 сравнения. При попадании разности этих значений в зону, зада ваемую блоком 24, блок 23 выдает сигнал разрешения на управляющий вход формирователя 27 результата.

С выходов счетчика 18 накопленное в нем число импульсов поступает в блок 25 обработки, где обрабатывается по следующему алгоритму: отмасштабирования с нужной дискретностью в блоке 33 информация линеаризуется (например, по методу кусочно-линейной аппроксимации) в блоке 34. По управляющему сигналу регистра 35 начальной нагрузки, приходящему на устано- вочный вход блока 25 обработки, информация с выхода блока 34 может быть занесена в регистр 35 начальной нагрузки. Выходная информация блоков

34 и 35 подается на входы вычитателя

36, осуществляющего вычитание из общей нагрузки значения нулевой нагрузки. Разность этих величин поступает з 14033 на входы формирователя 27 регистра 26 знака соответственно, причем занесение информации в формирователь возможно только при наличии на управля5 ющем входе этого регистра разрешающего сигнала, поступающего с выхода первого блока 23 сравнения.

Выходная информация формирователя

27 подается на вход второго блока 28 10 сравнения, где она сравнивается с начальным порогом измеряемой величины, задаваемым блоком 29. При попадании значения информации внутрь зоны нуль— порог блока 29 блок 28 сравнения выдает разрешающий сигнал блоку 30 управления. Аналогичный сигнал подается на этот блок при появлении в регистре 26 знака информации о наличии отрицательной величины (в этом случае 20 по установочному сигналу, поступающему на блок обработки, одновременно осуществляется перепись информации из блока 34 в регистр 35, т.е. корректируется значение начальной на- 25 грузки).

При наличии на первом входе блока

30 управления разрешающего сигнала от блока 28 сравнения блок 30 включает формирователь 31 пилообразного . напряжения который через резистор 7 выдает дополнительный ток на вход интегратора 32.

Полярность этого зависит от наличия или отсутствия на втором входе

35 блока 30 управления выходного сигнала от регистра 26 знака: при наличии сигнала от блока 26 выходное напряжение блока 31 увеличивается, а при отсутствии — уменьшается ° Под воздей- 40 ствием дополнительного тока на выходе интегратора регистр 26 и формирователь 27 стремятся установиться в состояние, соответствующее нулевой нагрузке (т.е. нули в формирователе 27 и состояние, соответствующее знаку плюс в регистре 26) . При ненагруженном датчике (т.е. при наличии разрешающего сигнала с блока 28) величина выходного напряжения блока 31 рыска50 ет в пределах единицы младшего разряда индикации, периодически пилообразно увеличиваясь и уменьшаясь.

7/ на котором г го застало окончание разрешающегo сигнала от блока 28.

При наличии изменений входной величины со скоростью, большей скорос- . ти дрейфов элементов преобразователя, работа системы коррекции аддитивных помех блокируется запрещающим сигналом на выходе блока 23, так как прн этом запрещается передача информации в формирователь 27 результата.

В случае превьппенпя значением информации формирователя 27 порога, задаваемого блоком 29, блок 28 срав— нения через блок 30 запрещает изменение напряжения на выходе блока 31 (т,е. нулевое значение фиксируется).

При необходимости ручного изменения начальной нагрузки при нажатии на кнопку 39 ручной установки через элемент 38 И разрешается перепись содержимого блока 34 в регистр 35 блока 25 обработки.

Для предотвращения нежелательных изменений информации вблизи нулевого уровня (внутри зоны порога начальной нагрузки, т.е, в неинформационном участке диапазона работы) переключатель 37 дискретности выходного кода блокирует изменение информации в младших разрядах формирователя 27 результата (число этих разрядов обычно составляет 1 десятичный или 4 двоичных).

Таким образом, при работе вне эоны порога, задаваемого блоком 29, работа устройства аналогична работе прототипа. При нулевой нагрузке на датчик медленные дрейфы напряжения смещения демодулятора и интегратора компенсируются по мере натекания отклонения от нулевых показаний. При быстром изменении измеряемой величины работа компенсатора прекращается и не возобновляется до момента успокоения в разгруженном состоянии.

Такое построение преобразователя позволяет устранить аддитивные неинформативные воздействия (" Уход нуля"), т.е. повысить точность измерения входной механической величины., формула и з о б р е т е н и я

При отсутствии разрешающего сигнала от,:блока 28 блок 30 останавливает работу формирователя 31 пилообразного напряжения, выходное напряжение котового фиксируется на том уровне, 1. Аналого-цифровой преобразователь неэлектрических величин, содержащий мостовой датчик, первый и второй выходы измерительной диагонали которого подключены соответственно

1403374 к первому и второму входам масштабирующего усилителя, а первый и второй входы диагонали питания соединены соответственно с первым и вторым выходами блока питания, вход опорного напряжения которого объединен с первым выводом первого токоограничивающего элемента, выполненного на резисторе, и подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход блока питания объединен с одноимен-, ным входом фазочувствительного демодулятора, информационный вход кото рого соединен с выходом масштабирующего усилителя, а выход подключен к первому выводу второго токоограничивающего элемента, выполненного на

: резисторе, второй вывод которого объединен с первым выводом третьего токоограничивающего элемента, выполнен : ного на резисторе, и соединен с входом интегратора, выход которого через компаратор подключен к D-входу Dтриггера, С-вход которого объединен 25 с первым входом элемента И, входом делителя частоты и соединен с выходом тактового генератора, второй вход элемента И объединен с управляющим входом ключа и подключен к выходу у>

D-триггера, информационный вход ключа является шиной нулевого потенциала, а выход соединен с вторыми выводами ,первого и третьего резисторов, тре тий вход элемента И подключен к пер35 вому выходу формирователя времЕнных интервалов, вход которого соединен с выходом делителя частоты, информационный вход первого счетчика подключен к выходу элемента задеРжки, формиро- 40 ватель импульса сброса, формирователь результата, счетный триггер, отличающийся тем, что, с целью повьш ения точности преобразования за счет компенсации аддитивных помех, в него введены формирователь пилообразного напряжения, четвертый токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, второй и третий счетчики импульсов, первый и второй блоки сравнения, блок задания начального порога .скорости изменения измеряемой величины, блок управления, блок задания начального порога измеряемой величины, регистр знака, элемент ИЛИ, кнопка, блок обработки, выполненный на последовательно соединенных блоках масштабирования, линеаризаторе, вычитателе и регистре начальной нагрузки, входы данных и выходы которого соединены соответственно, с соответствующими выходами линеаризатора и вторыми входами вычитателя, выходы блока задания начального порога скорости изменения измеряемой величины соединены с соответствующими первыми входами первого блока сравнения, вторые и третьи входы которого подключены соответственно к соответствующим информационным выходам второго и третьего счетчика импульсов, информационные входы которого объединены и подключены к выходу элемента задержки, установочные входы первого, второго и третьего счетчиков импульсов объединены и подключены к выходу формирователя импульсов сброса, вход которого подключен к первому выходу формирователя временных интервалов, вход которого объединен с управляющим входом блока питания датчика, а второй выход соединен с входом счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего счетчиков импульсов, первый и второй входы формирователя пилообразного напряжения подключены соответственно к первому и второму выходам блока питания датчика, первый вывод четвертого резистора соединен с входом интегратора, а второй вывод подключен к выходу формирователя пилообразного напряжения, третьи входы которого соединены с соответствующими выходами блока управления, выходы блока задания начального порога измеряемой величины соединены с соответствующими первыми входами второго блока сравнения, выход переключателя дискретности выходного кода соединен с входом переключателя дискретности формирователя результата, а вход объединен с первым входом блока управления и подключен к выходу второго блока сравнения, второй вход блока управления объединен с первым входом элемента ИЛИ и подключен к выходу регистра знака, вход которого объединен с входом формирователя результата и соединен с соответствующими выходами вычитателя, информационные входы блока масштабирования соединены с соответствующими информационными выходами первого счетчика импульсов, а установочный вход регистра

1403374

2. Преобразователь по п. 1, о т— личающийся .тем, что блок управления выполнен на первом и втоСоставитель Ю.Спиридонов

Техред М.Ходаиич Корректор С.Черни

Редактор Н.Горват

Заказ 3005/56 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 начальной нагрузки подключен к выходу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом кнопки, управляющий вход формирователя результата подключен к выходу первого блока сравнения, а выходы соединены с соответствующими вторыми входами и второго блока сравнения и являются выходной шиной. ром элементах И и первом и втором инверторах, выходы-первого и второго элементов И и первого инвертора являются соответствующими выходами блока управления, первые входы первого и второго элементов И объединены с входом первого инвертора и являются первым входом блока управления, второй вход второго элемента И соединен с выходом второго инвертора, вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и является вторым входом блока управления.