Устройство для измерения неэлектрических величин

 

Изобретение может быть использовано для измерения малых перемещений. Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности. Устройство осуществляет автоматическую ступенчатую компенсацию расстройки фазогенераторной системы, содержащей два идентичных автогенератора 7 и 8, в контур одного из которых включен индуктивный датчик 2, путем изменения по программе поразрядного уравновешивания компенсационной емкости, включенной в контур второго автогенератора через понижающий трансформатор 16, являющийся одновременно индуктивностью этого контура. В устройстве предусмотрена ступенчатая и плавная регулировка ширины компенсационного шага. Автогенераторы связаны между собой нелинейным элементом, выполненным в виде двух параллельно соединенных диодов, включенных встречно, и резистора. Блок управления 3 устройства выполнен на основе регистра последовательного приближения, управляемого тактовым генератором 12, запускаемым ключом 15 через триггер 13, а компенсационный блок 6 - на основе образцового конденсатора Со, умножающего цифроаналогового преобразователя 14 и трех операционных усилителей 17, 18 и 19. Выходом устройства является цифровой отсчетный блок 5, подключенный через дешифратор 4 к цифровому выходу регистра последовательного приближения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) у С Ol В 7/02

В:. Е.ОЛ:!4.;Я !

Ю::, !.

Е, .й

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4285795/24-28 (22) 20.07.87 (46) 30.06.89. Бюл. У 24 (7!) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.П. Давиденко, В,А. Голубев и Л.В. Константинова (53) 62!.317.39:531,717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 435012, кл. В 07 С 5/08, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (57) Изобретение может быть использонано для измерения малых пермещений, Цель изобретения — повьппение быстродействия и надежности. Устройство осуществляет автоматическую ступенчатую компенсацию расстройки фаэогенераторной системы, содержащей два идентичных автогенератора 7 и 8, в контур одного иэ которых включен индуктивный датчик 2, путем изменения по программе поразрядного уранновешивания компенсационной емкости, „„SU„„1490448 д1

2 включенной в контур второго автогенератора через понижающий трансформатор 6, являющийся одновременно индуктинностью этого контура. В устройстве предусмотрена ступенчатая и плавная регулировка ширины компенсационного шага. Автогенераторы связаны между собой нелинейным элементом, выполненным в виде двух параллельно соединенных диодов, включенных встречно, и резистора. Блок управления 3 устройства выполнен на основе регистра последовательного приближения, управляемого тактовым генератором 12, запускаемым ключом

15 через триггер 13, а компенсационный блок 6 — на основе образцового конденсатора Го, умножающего цифроаналогового преобразователя 14 и трех операционных усилителей 17, 18 и 19. Выходом устройства является цифровой отсчетный блок 5, подключенный через дешифратор 4 к цифровому ныходу регистра последовательного приближения. 1 ил. з 1490448 4

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых перемещений, давления и др. величин, преобразуемых в индуктивность, а также в системах автоматического контроля и регулирования технологическими процессами.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности путем упрощения регулировки и подбора образцовых емкостей устройства.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство состоит иэ блока 1 сравнения, индуктивного датчика 2, блока 3 управления, дешифратора 4, цифрового отсчетного блока 5 и компенсационного блока 6.

Блок 1 сравнения включает два идентичных LC-генератора 7 и 8. В контур генератора 7 включен индуктивный датчик 2. Генераторы электрически соединены между собой через нелинейный элемент 9, содержащий параллельно соединенные резистор R с и два диода VD1 VD2 включенные встречно. При этом частоты генераторов синхронизированы, а расстройка д из контуров определяется выражением

30 й= Ll C l — Ь2 С2, где L l, С l — величина индуктивности 35 и емкости контура генератора 7, соответственно;

L2, С2 — величина индуктивности и емкости контура гене-40 ратора 8, соответственно, и приводит к изменению угла фазового сдвига ц> между напряжениями контуров.

Выходы генераторов подключены 45 к входам фазового нуль-органа 10, выход которого в виде уровней напряжения, соответствующих "0 или

"1" в зависимости от знака фазового сдвига, образует выход блока сравнения.

Блок 3 управления содержит регистр

11 последовательного приближения, тактовый генератор 12 и триггер 13.

Вход данных регистра 11 соединен с выходом фазового нуль-органа, а его выход через дешифратор 4 с цифровым отсчетным блоком 5, отображающим информацию о входной величине в пределах цикла измерения, и с цифровым входом умножающего цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 14, Тактовый генератор 12, определяюший цикл измерения, выполнен в виде управляемого генератора прямоугольных импульсов, выход которого подключен к тактовому входу регистра 11, а вход Запуск" соединен с выходом триггера 13, один вход которого соединен с ключом 15 "Пуск", а другой — с выходом окончания преобразования регистра 11.

Компенсационный блок 6 выполнен в виде сложного контура, содержащего индуктивность L2 понижающего трансформатора 16, основной компенсирующий конденсатор С2, операционные усилители 17, 18 и 19 умножающий

ЦАП 14, переменный резистор 20, включенный в цепь обратной связи между выходом операционного усилителя 18 и выводом внутреннего резистора обратной связи UAII 14, образцовый конденсатор Со и переключатель 21 коэффициента трансформации трансформатора 16.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, характеризующемся тем, что индуктивность Ll индуктивного датчика 2 соответствует минимальному значению измеряемого параметра, а регистр 11 находится в состоянии, которое соответствует минимальной компенсационной емкости, переменным компенсирующим конденсатором С2 устанавливается нулевая расстройка контуров, т.е. Ю= О.

При воздействии измеряемого параметра индуктивность датчика увеличивается на величину dL, пропорциональную отклонению параметра от минимального значения. При этом расстройка контуров генераторов 7 и 8 и знак угла сдвига фаз между напряжениями генераторов положительны, т.е., C l (Ü1 + d L) -Ü2 - C2 ) О, а напряжение на выходе фазового нуль-органа

10 равно нулю.

Фазовый сдвиг sin ц и величина расстройки dL связаны соотношением:

Rc 0,С1 6L

sin

2 Ll где R — сопротивление цепи синхронизации и о — собственная частота генераторов, 1490448

Roc

К

R 2" (S, 2 + S +...+

Предельная относительная расстройб!. 2 ка -- = -------. Сохранение макси?.1 Р. с (,С1 мальной области захватывания при вы5 сокой чувствительности при разной расстройке контуров обеспечивается связью между генераторами 7 и 8 через нелинейное сопротивление диодов

VD1 и VD2, а для уменьшения гисте- 10 резиса блока сраннения, вызванного при малых расстройках реактивной связью между генераторами, обусловленной емкостью переходов диодов, последние эашунтированы резистором

Rc.

При нажатии ключа 15 триггер 13 запускает тактовый генератор 12, счетные импульсы которого поступают на тактовый вход регистра 11. Сиг20 нал с выхода Фазового нуль-органа, поступающий на вход данных регистра

11, переадресуется в последнем в соответствующий разряд. Запись в регистр осуществляется последовательно, начиная со старшего разряда.

ЦАП 14 осуществляет регулирование коэффициента передачи операционного усилителя 18 по программе поразрядного уравновешивания н двоичном ко- З0 де. Напряжение с выхода операпионного усилителя 18 через операционный усилитель 19, являющийся понторителем, подается на образцовый конденсатор С . При этом эквивалентное эна35 чение компенсационной емкости С з„п определяется ныражением: С экю Кг з) С, где К „K, Кз

2 коэффициенты передачи первого, второго и третьего операционных усилителей, соответственно; С вЂ” емкость образцового конденсатора.

Включение конденсатора С в коно тур генератора по трансформаторной схеме через переключатель 21 для из- 45 менения коэффициента трансформации обеспечивает требуемый диапазон измерения. Таким образом, компенсационный блок 6 обеспечивает получение набора компенсирующих е и<остей, 50 представленных во взвешенном двоичном коде.

Двоичный код на информационных выходах регистра 11 управляет работой

ЦАП 14, изменяя коэффициент передачи 55

К > усилителя 18, равный

+ Я, 2 +... S„2 ), где Р. и — со противл е ние переменного резистра 20 планной регулировки компенсационного шага;

R — сопротивление прецизионной матрицы ПАП;

n — число раэрядон преобразования .

Ступенчатое изменение эквивалентной емкости С „ компенсирует расстройку контуров, вызванную изменением индуктив ности L l . По завершению цикла пр еобр азов ания сигнал с выхода регистра 11 переводит триггер 13 в исходное состояние, остананливая тактовый генератор !2. При этом расстройка равна нулю, т.е. (L!+ Д L). С!

1 2(C 2 + C 3,â) L2 г К экос д1. = -- С 1 — -------(8 2 +

В 2

+S 2 +...+S 2 +...+S „" )1

Двоичный код S S ... „на выходе регистр а 11 преобразуется с помощью дешифратора 4 в код, управляющий работой цифрового отсчетного блока 5. формул а изобретения

Устройство для измерения неэлектрических величин, содержащее индуктивный датчик, компенсационный блок и последовательно соединенные блок сравнения, блок управления, дешифратор и цифровой отсчетный блок, блок сравнения выполнен в виде двух автогенерато-. ров, в контур одного иэ которых включен индуктивный датчик, и соединенного с выходами автогенераторов фазового нуль-органа, выход которого является выходом блока сравнения, а контуры автогенераторов связаны нелинейным элементом в виде двух диодов, включенных параллельно встречно, блок управления включает тактовый генератор, накопитель и ключ, а компенсационный блок включает образцовый конденсатор, соединенный через переключатель с первой обмоткой понижающего трансформатора, выполненной с отводами, вторая обмотка которого с параллельно подключен«ым к ней переменным компенсирующим конденсатором образует контур второго автогенератора блока сравнения, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью поньппе1490448

Составитель E. Туревский

Редактор О. Спесивых Техред А.Кравчук Корректор С. Шекмар

Заказ 3739/44 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101 ния быстродействия и надежности, оно снабжено входящими в состав компенса- ционного блока тремя операционными усилителями, переменным резистором и умножающим цифроаналоговым преобра5 эователем, входящим в блок управления триггером и входящим в нелинейный элемент блока сравнения резистором, подключенным параллельно диодам, накопитель блока управления выполнен в виде регистра последовательного приближения, вход данных которого соединен с выходом блока сравнения, тактовый вход - с тактовым 15 генератором, управляемым ключом через триггер, второй вход которого соединен с выходом окончания преобразования регистра последовательного приближения, информационный выход последнего — с дешифратором и цифровым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого соединен с выходом первого операционного усилителя, а аналоговый выход - с входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с входом третьего операционного усилителя и через переменный резистор - с выводом резистора обратной связи цифроаналогового преобразователя, а выход третьего операционного усилителя через образцовый конденсатор соединен с входом первого операционного усилителя и с переключателем.