Интегральный преобразователь

 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для преобразования тока в частоту в устройствах с высокими требованиями к надежности и точности преобразования. Интегральный преобразователь позволяет проводить компенсацию нулевого сигнала, что позволяет применять его для преобразования сигналов от датчиков тока, имеющих непостоянную составляющую, изменяющуюся в течение времени или от других факторов (от температуры, от включения к включению, от смены полярности измеряемой величины и т. д. ). Предлагаемый преобразователь позволяет проводить такую компенсацию практически перед каждым измерением. Данный интегральный преобразователь может быть использован для работы с любыми датчиками токов, например датчиками температуры, влажности, акселерометрами и т.д. Интегральный преобразователь может быть реализован с использованием небольшого числа элементов и, как следствие, иметь высокую надежность, что является техническим результатом. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для преобразования тока в частоту в устройствах с высокими требованиями к надежности и точности преобразования.

Известен преобразователь напряжения в частоту, см., например, описанный в [1]. Преобразователь содержит основной канал, опорный канал, включенный в обратную связь, и корректирующий канал. Данное устройство позволяет получать высокую точность преобразования.

Однако наличие большого количества каналов и соответственно элементов приводит к низкой надежности устройства. Кроме того, реализация опорного канала представляет не менее сложную задачу, чем само Преобразование напряжения в частоту.

Известен преобразователь напряжения в частоту - прототип, описание которого приведено в [2], содержащий последовательно соединенные, интегратор, первый компаратор, первый одновибратор, охваченные отрицательной обратной связью на первый вход интегратора, второй вход интегратора соединен со входом интегрального преобразователя, а выход первого одновибратора - с первым входом коммутатора.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не позволяет проводить компенсации нулевого сигнала (сигнала смещения) как самого преобразователя, так и сигнала смещения датчика тока, что во многих случаях не позволяет получить требуемой точности преобразования.

Задача изобретения - повышение точности за счет снижения влияния нулевого сигнала (сигнала смещения) как самого преобразователя, так и источника сигнала.

Эта задача достигается тем, что в интегральный преобразователь содержащий последовательно соединенные, интегратор, первый компаратор, первый одновибратор, охваченные отрицательной обратной связью на первый вход интегратора, второй вход интегратора соединен со входом интегрального преобразователя, а выход первого одновибратора - с первым входом коммутатора, дополнительно введены второй компаратор, второй одновибратор, реверсивный счетчик, преобразователь "код-напряжение" и шина управляющего сигнала, при этом выход интегратора соединен последовательно через второй компаратор и второй одновибратор в виде отрицательной обратной связи с четвертым входом интегратора, выход второго одновибратора соединен со вторым входом коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а управляющий вход - с шиной управляющего сигнала, выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами преобразователя "код-напряжение", выход которого соединен с третьим входом интегратора, выходы первого и второго одновибраторов являются выходами интегрального преобразователя.

На фиг. 1 приведена блок-схема интегрального преобразователя, где 1 - интегратор, 2 - первый компаратор, 3 - первый одновибратор, 4 - второй компаратор, 5 - второй одновибратор, 6 - коммутатор, 7 - реверсивный счетчик, 8 - преобразователь "код-напряжение" 9 -вход интегрального преобразователя, 10 - шина управляющего сигнала.

В интегральном преобразователе выход интегратора 1 соединен с входами первого 2 и второго 4 компараторов, выходы которых, соответственно, через первый 3 и второй 5 одновибраторы соединены, соответственно, с первым и четвертым входами интегратора 1. Выходы первого 3 и второго 5 одновибраторов соединены, соответственно, с первым и вторым входами коммутатора 6 и являются выходами интегрального преобразователя. Первый и второй выходы коммутатора 6 соединены, соответственно, с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 7, а управляющий вход - с шиной управляющего сигнала 10, выходы реверсивного счетчика 7 соединены с соответствующими входами преобразователя "код-напряжение" 8, выход которого соединен с третьим входом интегратора 1. Второй вход интегратора 1 соединен со входом интегрального преобразователя 9.

Интегральный преобразователь работает следующим образом. Ток, поступающий на вход 9, попадает на второй вход интегратора 1, вызывая рост напряжения на конденсаторе последнего. По достижении порогового уровня первого 2 (или второго 4) компаратора, последний сработает и на его выходе появится высокий уровень, который поступит на вход первого 3 (или второго 5) одновибратора. В результате этого одновибратор сформирует импульс строго определенной длительности и амплитуды. Этот импульс поступит на первый (или четвертый) вход интегратора 1 и уменьшит уровень напряжения на конденсаторе последнего, одновременно он поступит на один из выходов интегрального преобразователя.

При необходимости проведения компенсации необходимо подать на шину управляющего сигнала 10 разрешающий уровень. Этот уровень поступит на управляющий вход коммутатора 6 и разрешит ему пропускать импульсы с выходов первого 3 (или второго 5) одновибраторов на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 7. Последний изменит свое состояние, в результате чего на преобразователь "код-напряжение" 8 поступит другой код, а с его выхода другой сигнал на третий вход интегратора 1. Этот сигнал имеет противоположный знак, чем нулевой сигнал датчика и самого интегрального преобразователя, поэтому он скомпенсирует нулевой сигнал датчика. Импульсы с одновибраторов будут следовать до полной компенсации нулевого смещения. После снятия разрешающего уровня с шины управляющего сигнала 10 интегральный преобразователь готов к работе, и на его вход можно подавать полезный сигнал.

Эффект от использования предлагаемого интегрального преобразователя в следующем. Преобразователь позволяет проводить компенсацию нулевого сигнала. Так, в случае применения датчиков тока, у которых нулевая составляющая сильно изменяется в течение времени или от других факторов (от температуры, от включения к включению, от смены полярности измеряемой величины и т. д.), необходимо проводить "смещение шкалы преобразователя в нулевое положение" иначе преобразование будет проведено с ошибкой. Например, выходной сигнал датчика может изменяться от минус 1 до 1 мА, нулевая составляющая сигнала от минус 0,01 до 0,01 мА, реверсивный счетчик имеет 7 информационных разрядов и 1 знаковый. В этом случае, учитывая, что максимальному числу, записанному в счетчик, соответствует сигнал с преобразователя "код-напряжение", компенсирующий максимальную составляющую нулевого сигнала, т. е. числу 128 соответствует компенсация 0,01 мА, единица младшего разряда, записанная в счетчик будет соответствовать компенсационному току, равному 0,000078 мА (0,01 мА: 128). Тогда без использования компенсации нулевого сигнала абсолютная погрешность будет 0,01 мА, а с использованием компенсации нулевого сигнала абсолютная погрешность будет 0,000078 мА, что в 128 раз меньше. Предлагаемый преобразователь позволяет проводить такую компенсацию практически перед каждым измерением. Данный интегральный преобразователь может быть использован для работы с любыми датчиками токов, например датчиками температуры, влажности, акселерометрами и т.д. в системах, где требуется высокая надежность.

Предлагаемая совокупность признаков, в рассмотренных авторами решениях, не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериях "новизна" и "изобретательский уровень". В качестве элементов для реализации устройства можно использовать логических элементы цифровых микросхем любых серий, например, 564 и т. д. Одновибраторы 3 и 5 должны формировать импульсы при наличии разрешающего уровня на их входе.

Литература 1. Мартяшин А. И., Шахов Э. К., Шляндин В. М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. "Энергия", 1976, с. 106, рис. 2-30.

2. Авторское свидетельство СССР N 921080, кл. H 03 K 13/20, от 24.07.81. Преобразователь напряжения в частоту.

Формула изобретения

Интегральный преобразователь, содержащий последовательно соединенные интегратор, первый компаратор, первый одновибратор, охваченные отрицательной обратной связью на первый вход интегратора, второй вход интегратора соединен со входом интегрального преобразователя, на который поступает преобразуемый ток, а выход первого одновибратора соединен с первым входом коммутатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй компаратор, второй одновибратор, реверсивный счетчик, преобразователь "код-напряжение" и шина управляющего сигнала, при этом выход интегратора соединен последовательно через второй компаратор и второй одновибратор в виде отрицательной обратной связи с четвертым входом интегратора, выход второго одновибратора соединен со вторым входом коммутатора, первый и второй выходы которого соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, а управляющий вход - с шиной управляющего сигнала, выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами преобразователя "код-напряжение", выход которого соединен с третьим входом интегратора, выходы первого и второго одновибраторов являются выходами интегрального преобразователя, при этом разрешающий уровень с шины управляющего сигнала разрешает коммутатору пропуск импульсов с выходов интегрального преобразователя на соответствующие входы реверсивного счетчика, а знак сигнала, поступающего на третий вход интегратора, противоположен знаку сигнала на выходе интегрального преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1