Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока реализован в устройстве, содержащем генератор 1 питания, мостовую измерительную цепь 2, избирательный усилитель 3, детектСр 4 приращений, модулятор 5, генератор 6 тактовых импульсов, счетчик 7, группу элементов И 8, регистр 9 памяти, группу элементов ИЛИ 10, ограничитель 11 модуляции, блок 12 формирования сигнала углубления, блоки 13 и 14 сравнения и запоминания соответственно . В начале процесса уравновешивания при нулевом значении регулируемого параметра ограничивают снизу выходной сигнал мостовой измерительной цепи по уровню, не превышающему амплитуду напряжения этого сигнала , вьтрямляют сформированный сигнал и запоминают его величину напряжения . Сравнивают амплитуду напряжения текущего выходного сигнала мостовой измерительной цепи с величиной напряжения, полученной выше, и если эти величины равны или полученная ранее больше, увеличивают регулируемый параметр на величину 2Ак -А где А - вес k-ro разряда; л - шаг младшего разряда. Повьппается быстродействие .процесса уравновешивания. 3 ил. с S (Л 00 СП со м

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„1413537 А1 дд 1 G 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4187198/24-2! (22) 23.01.87 (46) 30.07.88, Бюл. В 28 (71) Краснодарский филиал Научно-исследовательского института морской геофизики Всесоюзного морского научно-производственного геолого-геофизического объединения по разведке нефти и газа "Союзморгео" .(72) Н.Д.Пустовалов (53) 621.317.733(088.8) (56) Новик А,И. Системы автоматического уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока. Киев, Наукова думка, 1983, с. 113, Авторское свидетельство СССР

В 1150553, кл. 0 01 R 17/10, 1983, (54) СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ЦИФРОВЫХ

ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МОСТОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике, Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока реализован в устройстве, содержащем генератор l питания, мостовую измерительную цепь

2, избирательный усилитель 3, детектор 4 приращений, модулятор 5, генератор 6 тактовых импульсов, счетчик

7, группу элементов И 8, регистр 9 памяти, группу элементов ИЛИ )О, ограничнтель ll модуляции, блок 12 формирования сигнала углубления, блоки

13 и 14 сравнения и запоминания соответственно. В начале процесса уравновешивания при нулевом значении регулируемого параметра ограничивают снизу выходной сигнал мостовой измерительной цепи по уровню, не превышающему амплитуду напряжения этого сиг нала, выпрямпяют сформированный сигнал и запоминают его величину напряжения. Сравнивают амплитуду напряжеФ ния текущего выходного сигнала мостовой измерительной цепи с величиной напряжения, полученной выше, и если зти величины равны ипи полученная ранее больше, увеличивают регулируемый а параметр на величину 2А>.ь, где А»вес k-ro разряда; Ь - шаг младшего разряда, Повышается быстродействие ,процесса уравновешивания. 3 ил, >

1413537

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых автоматических мостах для измерения параметров ем- 5 костных, индуктивных, резистивных и других датчиков в системах контроля и регулирования. технологических процессов и автоматизации научных исследований. 10

Цель изобретения — повышение быстродействия процесса уравновешивания.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового экстремального моста переменного тока; на фиг. 2 — алгот 15 ритм уравновешивания мостовой измери" тельной цепи; на фиг. 3 - диаграмма, .поясняющая порядок уравновешивания мостовой измерительной цепи для трехразрядной регулируемой меры с весами 20 по двоичному коду, На схеме цифрового экстремального моста для осуществления предлагаемого способа уравновешивания, обозначены генератор 1 питания, мостовую измери- 25 тельную цепь (НИЦ) 2, избирательный усилитель 3, детектор 4 приращений, модулятор 5, генератор 6 тактовых импульсов (ГТИ), счетчик 7, группу элементов И 8,регистр 9 памяти, группу ЗО элементов ИЛИ 10, ограничитель 11 модуляции, блок 12 формирования сигнала углубления, блок 13 сравнения и блок

14 запоминания.

На фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения: Р,,Р,...,P.„ — значения регулируемого параметра после 1-го, 2-го,...,п-го тактов уравновешивания; .

А,,А,...,А„ - веса 1-го, 2-ro,..., и-го разрядов регулируемого параметра (1-й разряд является старшим); — шаг младшего разряда регулируемого параметра; U, — амплитудное значение выходного сигнала ИИЦ, соответствующее нулевому значению регулируе- 45 мого параметра Ро =0; U — уровень модуляционного углубления выходного сигнала мостовой измерительной цепи

Р

U — амплитуда сигнала на выходе детектора приращений при нулевом значе- 50 нии регулируемого параметра; К вЂ” результирующий коэффициент передачи канала сигнала неравновесия (результирующий коэффициент передачи избирательного усилителя и детектора приЙ и ращений) моста; Ц,11, ° ° ° )U4 — амплитуды сигналов йа выходе детектора приращений после 1-го, 2-ro n-го пробных воздействий; Т,,Т ...,,Т, ---."

1-й, 2-й,..., n-й такты ур а вно вешивания; U, и U< - текущие амплитуды сигналов на выходах МИЦ и детектора приращений; Р„ — измеряемый параметр, С - время.

Перед началом процесса уравновешивания производится установка моста в исходное состояние. Для этого на первом выходе ГТИ 6 формируется импульс, который поступает на входы сброса счетчика 7 и регистра 9, в результате чего выходные коды счетчика 7 и регистра 9 устанавливаются в нулевое значение, а следовательно, нулевое значение принимает регулируемый параметр (Р =О) ИИЦ 2, При этом выходной сигнал МИЦ 2 принимает значение U .

С первого выхода ГТИ 6 этот импульс также поступает на вход блока 12 формирования сигнала углубления. Б блоке 12 в соответствии с уровнем Uy на его входе формируется сигнал, который подается на вход регулирования ограничителя 11 и устанавливает уровень U> ограничения модуляции выходного сигнала U 11ИЦ 2. При этом уровень 11 ограничения модуляции сигнала U> Устанавливается таким образом, что выполняется условие UMRU0 . уровень О ограничения сохраняется на протяжении последующего цикла уранновешивания НИЦ 2. С выхода ограничителя 11 сигнал П„, ограниченный снизу по уровню Б„,(11„ =,Б -Б,„), пода-. ется на вход детектора 4 прйращений, где он выпрямляется, и поступает иа входы блока 13 сравнения и блока 14 запоминания. После этого на третьем выходе ГТИ 6 формируется импульс, который поступаег в блок 14 запомина, ния, и в этом блоке запоминается амо плитуда Б выходного сигнала детектора 4. Ограничитель 11 модуляции л имеет функцию преобразования U

8»

= f (U<> „), благодаря которой достигается ограничение сигнала переменного тока снизу. Такую функцию преобразования имеют, например, стабилитроны с двухсторонней стабилизацией, через которые пропускают сигнал переменного тока. Регулировкой числа стабилитронов, включаемых между МИЦ и избирательным усилителем, можно регулировать величину U>, а следовательно, регулировать величину модуляционного ограничения выходного сигнала ИИЦ.

За счет модуляционного ограничения сигнала переменного тока уменьшается

14!35 амплитуда сигнала переменного тока на входе избирательного усилителя без снижения чувствительности МИЦ к модуляционным приращениям регулируемо5 го параметра, т.е. без уменьшения величины амплитудного приращения сигнала неравновесия МИЦ, приходящегося на единицу дискретного приращения регулируемого параметра. 10

Затем осуществляется цикл уравновешивания МИЦ 2.

Логические значения разрядов регулируемого параметра МИЦ 2 определяются поочередно, начиная со старшего.

Регулируемый параметр МИЦ 2 имеет максимальное значение, соответствующее удвоенному значению максимального диапазона изменения измеряемого 20 параметра. При этом каждьп разряд регулируемой меры имеет вес с удвоенным значением.

Модулятор 5 подключен к МИЦ 2 и постоянно вычитает иэ текущего значе- 25 ния регулируемого параметра один квант 4 °

В первом такте Т, уравновешивания с второго выхода ГТИ 6 на счетный вход счетчика 7 поступает первый импульс и в первом (старшем) разряде счетчика 7 появляется единичный сигнал (потенциал), который через первый элемент группы элементов ИЛИ

I0 включает первый (старший) разряд регулируемого параметра МИЦ 2. При этом регулируемый параметр с учетом вычета модулятором 5 одного кванта Ь получает пробное приращение на величину

Ро+2А, 4-ь=Ро+(2А,-I ) Ь, (1) де Pî =0

Тот же самый единичный сигнал с первого разряда счетчика 7 поступает 45 на первый вход первого элемента группы элементов И 8.

В результате произведенного пробного приращения (4) получает приращение выходной сигнал МИЦ 2. Выходной сигнал U МИЦ 2 ограничивается по

50 амплитуде в ограничителе ll, затем выпрямляется в детекторе 4 и поступает в блок 13, в котором выполняется сравнение его амплитуды с амплитудой

U запомненного сигнала в блоке 14, Если после пробного шага (1) амо плитуда запомненного сигнала U в блоке 14 больше или равна амплитуде

37 4. сигнала U на выходе детектора 4 (U<>U<), то на выходе блока 13 сравнения формируется импульс, который поступает на вторые входы элементов группы элементов И 8 и через первый элемент И (так как на первом входе первого элемента И присутствует единичный сигнал) записывается на первый вход регистра 9 памяти. С первого выхода регистра 9 памяти единичный сигнал через первый элемент группы элементов ИЛИ 10 поступает на старший (первый) разряд регулируемого параметра МИЦ 2 и удерживает его во включенном состоянии (т.е. первый разряд принимает значение "1").

Если в результате произведенного пробного приращения (1) оказывается то на выходе блока 13 сравнения импульс не формируется и первый разряд регистра 9 памяти остается в нулевом состоянии, а следовательно, первый разряд регулируемого параметра

МИЦ 2 принимает значение "0".

Во втором такте Т уравновешиваг ния с второго выхода ГТИ 6 на счетный вход счетчика 7 поступает второй импульс и на выходе счетчика 7 происходит сдвиг .единичного сигнала с первого (старшего) разряда во второй.

При этом единичный сигнал через второй элемент группы элементов ИЛИ 10 включает второй разряд регулируемого параметра МИЦ 2 и осуществляется пробное воздействие

Р +2А2 Ь Ь=Р„+(2А> 1 ) Ь, (2) где Р1=ра и Р1=РР+2А1 Ь в зави ости от того, какое значение принял, первый разряд регулируемого т1араметра после первого такта уравновешивания ("0" или "1").

В соответствии с амплитудбй П . на выходе детектора 4 относительно Uo второй разряд регистра памяти 9 принимает единичное (при И4 U<) или нулевое (при .0 > У ). састояйие, а следовательно, второй разряд регулируемого параметра МИЦ 2 фиксируется в значении "1" или "0".

Аналогичным образом осуществляются остальные такты уравновешивания.

Процесс (цикл) уравновешивания завершается за Р„ тактов, равных числу разрядов регулируемого параметра МИЦ

2. По окончании процесса уравновешивания значение P регулируемого параи метра будет в два раза превышать зна1413537

20

ЭО

55 чение измеряемого параметра Р, т.е.

МИЦ будет отстоять от точки равнове" сия на величину Р /2, а выходной код регистра 9 памяти будет соответствовать значению измеряемого параметра

Р . При этом значение Р„ /2 регулируемого параметра будет отличаться от значения измеряемого параметра не более, чем на +0,5b, т,е, погрешность уравновешивания не будет превышать

0,5ь, На фиг. 3 приведена диаграмма уравновешивания МИЦ для трехразрядного регулируемого параметра с раз-. мерами разрядов 2А> и и весамиА по двоичному коду. Диаграмма представлена для конкретного значения измеряемого параметра Р„ =5.

Согласно предлагаемому способу после каждого k-го пробного воздействия сравнивается амплитуда выходноro сигнала U МИЦ с заранее известk ным значением U и по результату сравнения выполняется регулирующее воздействие — k-й разряд устанавливается в нулевое или единичное значение. Вследствие этого каждое регулирующее воздействие может выполняться одновременно с последующим пробным воздействием (т,е, регулирующее воздействие такта Т„,может быть совмещено во времени с пробным воздействием такта Т ), а следовательно, длительность такта уравновешивания может быть примерено в два раза меньше по сравнению с известным способом.

При этом модуляционное ограничение выходного сигнала МИЦ по уровню U>< дает возможность анализировать 40

9( знак приращения выходного сигнала

МИЦ (знак приращения сигнала на выходе детектора) до окончания переход- ного процесса в избирательном усилителе и еще больше сократить длительность такта уравновешивания; а следовательно, и длительность процесса уравновешивания. Так, при 110 - 1„ =110 и допустимой погрешности gU установления напряжения на выходе иэбирательного усилителя после пробного шага можно анализировать знак приращения сигнала неравновесия через время i;= -ln †---- -, где ñ6 — эквивалентьИ 2 4„

<э ная постоянная затухания избирательного усилителя, а при U =U (U =О} знак приращения можно анализировать сразу после выполнения пробного шага (переходными процессами в МИЦ пренебрегаем, так как их длительность несоизмеримо меньше, чем длительность переходного процесса в избирательном усилителе). Так как согласно предлагаемому способу 2 U значительно меньше, чем приращейия напряжений

Up u Up по известно у способу после пробного и регулирующеro воздействий, то предлагаемый способ позволяет значительно сократить длительность переходных процессов в избирательном усилителе, а следовательно, длительность такта уравновешивания и в результате длительность процесса уравновешивания.

Формула изобретения

Способ уравновешивания цифровых экстремальных мостов переменного тока, заключающийся в том, что процесс уравновешивания начинают с нулевого значения регулируемого параметра, логические значения его. разрядов определяют поочередно, начиная со старшего, в каждом 1с-м (k=1,2,...) такте . уравновешивания пробное (модуляционное) воздействие формируют скачкообразным приращением регулируемого параметра на величину(2Л1,-1)6, где

А1, — вес k-го разряда, значение кото рого определяют; p — - шаг младшего разряда, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия процесса уравновешивания, в начале процесса уравновешивания при нулевом значении регулируемого параметра осуществляют ограничение снизу

"выходного сигнала мостовой измери тельной цепи по уровню, не превышающему амплитуду напряжения этого сигнала, выпрямляют сформированный сигнал и запоминают его величину напряжения, а после каждого пробного воздействия осуществляют сравнение амплитуды напряжения текущего выходного сигнала мостовой измерительной це.— пи с величиной напряжения запомнеиного сигнала, причем регулируемый параметр увеличивают на величину 2A > ° a только в том случае, если величина напряжения запомненного сигнала больше или равна величине напряжения запомненного сигнала при нулевом значении регулируемого параметра мостовой измерительной цепи.!

413537

Рт Ро

Оч руцр Рр-py+2A1 а о г

Д с g+

Ру Р

° ° °

Рл= Рл-1

- "12

Фиг. 2

t(2Ag -1) d

o n

Ыр < Uy ... Рл- + 2Ал-f)d

0 и ч " 4

Рл Рл- +2Аи Д

1413537 р3сe 10,1

Редактор А.Orap

Корректор Э.Лончакова

Тираж 772

Заказ 3778/47

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Уо

Ию

Составитель В.Семенчук

Техред Л.Олийнык

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаем изобретений и открытий

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