Патент ссср 313208

 

3I3208

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.III.1970 (№ 1425019/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 31.VIII.1971. Бюллетень № 26

Дата опубликования описания 26.XI.1971

МПК G 06j 3/00

Н 03k 7/08

Комитет по делам изобретений и открытий пои Совете влинистрое

СССР

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

Г. А. Смирнов, Б, Т. Кушко, Ю. И. Николаев, А. И. Кочнев и А. С. Лесных

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «НАПРЯЖЕНИŠ— ЧАСТОТА»

Йзобретение относится к преобразованию постоянного напряжения милливольтового уровня в частоту и может быть использовано при измерении и регистрации показаний термопар, тензодатчиков термометров сопротивления и других низкоомных источников напряжения.

Известен преобразователь, в котором входное напряжение уравновешивается постоянной составляющей импульсного напряжения со стабильной вольтсекундной площадью импульса, и в качестве входного элемента нуль-органа используется магнитный модулятор, причем обмотка управления последнего включена последовательно с дросселем в цепи источников входного и компенсирующего напряжения.

В диапазоне преобразования от 0 до U„. от источника входного напряжения U ïîòðåáляется ток 1с, постоянная составляющая кото » 7э / в» рого I« = — 0,5, а входное соL» U» противление,преобразователя по постоянному току R» равно L» f,. Здесь L» — индуктивность дросселя, 1„Т, — частота и период эталонного генератора. Конечное значение входного сопротивления R» èìååò следствием зависимость характеристики преобразования от внутреннего сопротивления источника сигнала

Ri.

Повышение R» при повышении fa ограничено инерционностью сердечников модулято5 ра. Увеличение L» возможно или за счет увеличения размеров и веса дросселя или увеличения активного сопротивления дросселя R».

Последнее ухудшает стабильность нуля преобразователя. Кроме того, при увеличении

lo L» уменьшается переменная составляющая тока I„âñëåäñòâèå чего изменения амплитуды выходных импульсов модулятора становятся соизмеримыми с шумами модулятора, что ухудшает структуру выходного сигнала

15 преобразователя.

Цель изобретения — повышение точности преобразования, путем повышения входного сопротивления преобразователя. Эта цель достигается заведением в дополнительную .ком20 пенсационную обмотку магнитного модулятора тока I,„ñîçäàþùåão магнитодвижущую силу (м. д. с.), эквивалентную м. д. с., создаваемой постоянной составляющей тока 1с при разорванной цепи компенсации. Этим обеспе25 чивается протекание через источник входного сигнала только переменной составляющей тока 1с.

Для преобразования тока I„. в преобразователь вводится схема, содержащая обмотку

30 компенсации магнитного модулятора, фильтр

313208

Внутреннее равно

1 0 1 7 р

R,+R, при открытом ключе 4, низкой частоты и делитель напряжения,,причем один конец обмотки компенсации подключен к выходу фильтра низкой частоты, а другой конец через резистор соединен с выходом делителя напряжения.

На фиг. 1 пок" çàíà блок-схема преобразователя, на фиг. 2 и 3 — эпюры напряжений и токов в характерных точках схсмы преобразователя, где 1 — источник входного сигнала, 2 — магнитный модулятор, 8— дроссель, 4, 5 — ключи, б, 7 — делитель напряжения на резисторах, 8 — триггер, 9, 10— схемы совпадения, 11 — триггер, 12 — эталонный генератор, 18 — усилитель низкой частоты (УНЧ), 14 — амплитудный детектор, 15— усилитель постоянного тока (УПТ), 15, 17— делитель напряжения на резисторах, 18— фильтр низкой частоты, состоящий из резистора и конденсатора, 19 — компенсационный резистор.

Делитель напряжения б, 7, источник эталонного напря>кения 20, ключи 4 и 5, триггер 8, схемы совпадения 9 и 10 и эталонный генератор 12 образуют источник компенсирующего напря>кения.

При разорванной цепи компенсации преобразователь работает следующим образом.

Напряжение источника входного сигнала уравновешивается импульсным напря>кением в общей точке делителя HBIIpsI?KBHEIII б, 7, на который в зависимости от состояния транзисторных ключей 4 и 5 подается напряжение

Ев (открыт ключ 4) или О (открыт ключ 5).

Выходные импульсы с обмотки 21 двухсердечникового магнитного модулятора 2 с переменным возбуждением, обмотка управления которого 22 включена последовательно с дросселем 8 в цепь источников входного и компенсирующего напряженич, усиливаются усилителем низкой частоты 18 и с двух его симметричных противофазных выходов подаются на амплитудный детектор 14 и на вход балансного УПТ 15. На второй вход последнего подается выходное напря>кение амплитудноо го детектора 14.

Балансный УПТ 15 устанавливает в состояние «1» триггер 11 при токе обмотки управления I> =I«

Триггер 11 выполняет функции пороговой схемы с двумя устойчивыми состояниями. Он управляет прохождением через схемы совпадения 9 и 10 импульсов серии /, эталонного генератора 12 для установки триггера 8 в состояние «1» или «0». Импульсы эталонного генератора 12, воздействующие на схемы совпадения 9 и 10, сдвинуты относительно положительного фронта возбуждающего напряжения /„ подаваемого от эталонного генератора

12 на магнитный модулятор 2, на величину

4 несколько большую времени перемагничивания сердечников модулятора 2.

Установка триггера 11 в «0» осуществляется отрицательным фронтом возбуждающего напряжения f>.

15 го

ЗО

55 бО

Выходные импульсы модулятора 2, амплитуда которых является функцией тока об»огки управления, появляются в момент окончания перемагничивания сердечников модулятора.

Модулятор 2, усилитель низкой частоты 18, амплитудный детектор 14, усилитель постоянного тока 15 и триггер 11 совместно выполняют функции нуль-органа, дающего информацию о полярности тока 1С в каждом периоде возбуждающего напряжения.

Назначение амплитудного детектора 14 состоит в том, чтобы запомнить амплитуду импульсов, возникающих при одной полуволне возбуждающего напряжения, чтобы затем с помощью балансного УПТ 15 сравнить e= с амплитудой импульсов модулятора 2, возникавших при другой полуволне возбуждающего напряжения. Это сделано потому, что при изменении внешних условий (например, температуры) разность амплитуд остается почти неизменной, хотя сами амплитуды выходных импульсов модулятора меняются в широких пределах.

В положении «1» триггера 8 открывается ключ 4, в положении «0» ключ 4 закрывается, а открывается ключ 5.

Преобразователь с разомкнутой цепью компенсации можно рассматривать как систему, стремящуюся поддерживать нулевые значения тока I, в цепи сигнального контура, образованного источником входного сигнала, обмоткой управления 22 модулятора 2, дросселем 8 и источником компенсирующего напряжения.

Последний может быть представлен как источник импульсов длительностью Т, и амплитудой

R7

Ек — Еэ

1 6 1 1 7 сопротивление источника Ri>

Постоянная времени сигнального контура с» «То.

При этом

L,p 1-вр

К;+К,. +Rap+ Rii R - где R; — сопротивление источника входного сигнала 1, R» активное сопротивление дросселя 8, L p — индуктивность дросселя 8, Р— активное сопротивление обмотки модулятора, К вЂ” суммарное активное сопротивление сигнального контура.

В цепи сигнального контура суммарная э. д. с. может принимать два значения U„, когда открыт ключ 5, и U, — U„;, когда о гкрыт ключ 4. Под действием этих э. д. с. в цепи сиг IBJII»EIor контура происходит линейное изменение тока I, со скоростью U 1. при or. вх к крытом ключе 5 и со скоростью

При U„;= ;U, ðàáîòà преобразователя происходит следующим образом. с 1с

Пусть к моменту tc I„(0; — - — (О.

Триггер 8 находится в состоянии «О», ключ

5 открыт, кл1оч 4 закрыт, триггер 11 установлен в состояние «О», начинается процесс перемагничивания сердечников модулятора положительной полуволной возбуждающего напряжения частоты !э (фиг. 2).

В момент t=tl усиленный имп сльс модулятора 2 пост1 пает на баланснь1й УПТ 1>; последний станавливает триггер 11 в состояние «!». В момент t=t. импульс эталонного генератора 12 постмпает на схемь1 9 и 10, при этом выходной импульс имеется только на выходе схемы 9 и тстапавливает триггер 8 в состояние «1», что вызывает открывап 1е ключа 4. Начиная с этого момента

d l, U„— У, dt L

32 время с 4 до t7, т. е. до того момента, когда может появиться импульс со схем 9 и

10, приращен.ие тока 1с составляет

Т э °

В момент 1 I,.=Î, далее 1,)0.

В момент t= — 4 триггер 11 устанавливается в состояние «О».

В момент 1=1; усиленный выходной импульс модулятора 2 заряжает емкость амплитудного детектора 14 до потенциала, равного амплитуде импульса УНЧ 13, возникающего при перемагничивании сердечников отрицательной полуволной возбуждаюшего напряжения.

В момент 1=4 вновь начинается перемагничивание сердечников модулятора 2 положительной полуволной, но поскольк Ic)0, триггер 11 останется в состоянии «О»; в момент

1=17 появляется импульс на выходе схемы 10 и устанавливает триггер 8 в состояние «1».

При этом открывается ключ 4 и суммарчая э. д. с. в цепи сигнального контура становится 1 1с равной U,. Начиная с этого момента

dt (О, иток 1, начинает уменьшаться по лиU, L нейному закону со скоростью, в четыре раза меньшей скорости нарастания, поэтому в моменты времени 4, 19, typ ток 1,)0, и импульсы с выхода схемы 10 подтверждают состояние

«О» триггера 8. В момечт t=tI 1, переходит

:ерсз нуль, поэтому в момент =11установит5 ся в состоян11е «!» триггер 11, а в момент. =1 э триггер 8 устанавливается в состояние

« » импульсом со схемы 9.

Начиная с момента t=tl цикл повторяется, начиная с t=t, так как суммарное измене10 иие тока 1, за время между моментами tq u р авно нулю.

Действительно:

4 " Т " "Т == — " — - Т+

9 1 1 9 В

+4- Т,=О.

20 В качестве выходных импульсов преобразователя можно использовать импульсы схемы совпадения 8.

Такихl ООр2зом, для U»= /5 U :, f..-= / fg.

В общем виде связь между U» и f, имеег вид: f»=fq, в предположении, что — -+О. тс. э

U,- <с

Напряжения и TQKH B характерных TD IK2x чо схемы с замкнутой цепью компенсации пока32НЫ Н2 фИГ. 3.

Предмет изо бр ете пня

Преобразователь «напряжение — частота», содержа1циЙ: агнитпый модулятор, обмотка управ".åíèÿ которого соединена последовательно с входнь|ми клеммами преобразователя, дросселем и источником компенсирующих

QQ импульсов стабильной вольтсекундной пло1цади, а выходная обмотка подключена ко входу

; CII;IIITO IH НИЗ1 Ой 12CTOTbl, рого соединен со входом амплитудного детектора, выходом соединенного со входом усилителя постоянного тока, другой выход усилителя низкой частоты подключен ко второму входу усилителя постоянного тока, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он содержит обмоткукомпенса5О Ш1и магнитного модулятора, фильтр низкой I2стОГы и делитель напряжения; Один конец обмотки компенсации подключен к выходу фильтра низкой частоты, а другой конец через резистор соединен с выходом делителя напря55 жения.

Составитель Е. А. Семенов

Редактор И. А. Орлова Техред А. А. Камышиикова Корректор 3. И. Тарасова

Заказ 3327/19 Изд. № 1311 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2