Многоканальная телеизмерительная система

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЮТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Со 4иьлистичесних

Республик (i i, 634345 (6l) Дополнительное к an. свил-ву (22) Заявлено01.09.76 (21}2397733/18-24

Я (51) М. Кл. (08С 1902 с присоединением заявки Рй

Государственнвй наинтет

Совета Мнннетраа СССР ао делам нзебретвннй н еткрмтнй (23) Приоритет (43) Опубликовано 25. 11.78.Бюллетень № 43 (53) УДК 621.398 (088.8) (45) Дата опубликовании описания 28. ll.78 (72} Авторы изобретения

И, Е.. Заблоцкий, Б. Я. Литуев, Ю. В. Храмов, С. С. Александров и Л. С. Медведева (71) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ

СИСТЕМА

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в системах автоматизации экспериментальных исследований, например, для измерения температуры.

Известны многоканальные телеизмери- 5 тельные системы и устройства с резисторными датчиками, содержащие первичные преобразователи — резистерные датчики и вторичный преобразователь — интегрирующий конденсатор с пороговым элементом и преобразователем временного интервала в код, разделенные жилой кабеля (1 .

К недостаткам таких устройств следует отнести то, что они содержат два эталонных резистора и для исключения влияния жилы кабеля в них необходимо кроме информационного, производить два эталонных отсчета, что снижает быстродействие. Кроме того, после вышеназван20 ных отсчетов для получения точного отсчета необходимо алгоритмически с помошью вычислительного блока исключать влияние кабеля. Поэтому в таких устрой2 ствах без вычислительного блока точный отсчет получить невозможно.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой стреме является многоканальная телеизмерительная система с резистивными датчиками, содержащая на передающей стороне блок реэистивных датчиков, первый и второй ключи, триггер и эталонный резистор, жилу кабеля линии связи, одним концом подключенную на приемной стороне к одной обкладке первого интегрнруккцего конденсатора, ключи, высокочастотный генератор, первый счетчик, источник питания, эталонный резистор н элементы и(3) °

К недостаткам пвототипа отнОсится наличие двух эталонных резисторов на передающей стороне устройства илн одного эталонного резистора на передающей, а другого — на приемной стороне и необходимость последующей математической обработки с целью получения точного отсчета.

634345

Целью настоящего изобретения явпяется уменьшение количества эталонных резисторов и соответственно увеличение быстродействия эа счет снижения количества эталонных отсчетов, а также по- 5 лучение отсчетов, в которых автоматически без специальных вычислительных операций исключается влияние жилы кабе-. ля, интегрирующего конденсатора и изменения частоты генератора. 14

Поставленная цель достигается тем, что в системе на передающей стороне прямой и инверсный выходы триггера подключены к первым входам соответственно первого и второго ключей, выход первого О из которых соединен с блоком резистивных датчиков, выход второго — через эталонный резистор с нулевой клеммой источника питания, входы первого и второго ключей подключены к другому концу Э4 жилы кабеля линии связи, на приемной стороне введены вторые счетчик и интегрирующий конденсатор, нуль-органы, ана-. логовый повторитепь, программирующий блок, элемент ИЛИ и ключи, первые входы первого и второго ключей подкпючены к попожитепьной клемме источника питания, первые входы третьего и четвертого ключей — к отрицательной клемме источника питания, выход высокочастотного ге- 34 нератора подключен к первым входам элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно первого и второго счетчиков, первый выход программирующего блока подключен ко вто-55 рому входу второго ключа, первому входу элемента ИЛИ и к информационным входам. первого счетчика, второй выход — ко второму входу первого и к первому входу пятого ключей, третий выход программирую- 4 щего блока соединен со вторыми входами четвертого ключа и элемента ИЛИ, четвертый выход — со вторым входом третьего и первым входом шестого ключей, выходы первого и третьего ключей подключены к первым входам нуль-органов, анапогового повторитепя, к одноименным обкладкам первого и второго интегрирующих конденсаторов, выходы нуль-органов и первого счетчика соединены с соответствующими входами программирующего блока, пятый и шестой выходы которого подкпючены ко вторым входам элементов И, одна обкладка второго интегрирующего кон55 денсатора соединена со вторыми входами: первого нуль-органа, пятого и шестого кпючей; выход последнего через эталонный резистор подключен к нулевой клемме источника питания, выходы второго, четвертого и пятого ключей объединены и подключены к одной обкладке первого интегрируюшего конденсатора и ко вторым входам второго нуль-органа и аналогового повторителя, выход которого соединен с отрицательной клеммой источника питания, выход элемента ИЛИ через линию связи подключен на передающей стороне ко входу триггера.

Система (фиг. 1) содержит на передающей стороне блок резистивных датчиков .1, первый 2 и второй 3 ключи, три гер 4 и эталонный резистор 5, жилу кабеля 6, линии связи, на приемной стороне-пятый 7 и шестой 8 ключи, эталонный резистор 9, первый 10, третий 11, второй 12, четвертый 13 ключи, второй

14 и первый 15 нуль-органы, аналоговый повторитель 16, программирующий блок 17, высокочастотный генератор 18, первый 19 и второй 20 счетчики, элементы И 21, 22, элемент ИЛИ 23, первый ° 24 и второй 25 интегрирующие конденсаторы, положительную 26 и отри« цатепьную 27 клеммы источника питания и линию связи 28.

Временная диаграмма работы приведена на фиг. 2.

Система работает следующим образом. До момента прихода команды в программирующий блок 17, который формирует управляющие сигналы в определенной последовательности, все ключи закрыты, конденсаторы разряжены и счетчики находятся в нулевом состоянии.

Первый такт работы системы заключается в подготовке жилы кабеля 6, т. е. заряда собственной емкости кабеля до напряжения преобразования положительной полярности Ю о . Дпя этого програм+ мирующий блок 17 вырабатывает первый управляющий сигнал, который поступает на первый выход блока 17 и открывает кшоч 12, ключ 2 через элемент ИЛИ 23, жилу кабеля 6 и триггер 4 и подключает первый спрашиваемый реэисторный датчик блока резистивных датчиков 1 к преобразуемому напряжению положительной, полярности Ц . Кроме того, первый уп+ о равляющий сигнал устанавливает в счетl1 чике 19 код 2, соответствующий введению в него импульсов частоты генератора 18 4>. Собственная емкость жилы кабеля 6 Ск заряжается до напряжения

Р

0о за время, которое постоянно для данного типа кабеля и может быть задано программирующим блоком 17..634345

Второй такт работы системы следующий после окончания времени t эакпючается в интегрировании преобразуемым напряжением сопротивления датчика блока реэистивных датчиков 1 на интегрирую-щем конденсаторе, для чего программирующий блок 17 вырабатывает второй управляющий сигнал, который поступает на второй выход. При этом открываются ключи 10 и 7, а ключ 2 и опрашиваемый 1е датчик блока 1 остаются включенными после первого такта.

Начинается процесс заряда конденсаторов 24 и 25 по цепи: lJ кпюч 10, конденсатор 24 н конденсатор 25 — через ключ 7, жилу кабеля 6, ключ 2 и датчик блока 1. Одновременно счетчик

19 по команде с блока 17 начинает заполняться частотой (0 поступающей с

01 генератора 18 через элемент И 21.

После открывания ключа 10 к точке а цепи заряда конденсаторов 24 и 25 прикладывается дополнительно напряжеЧФ+ ние оо к напряжению, накопленному на собственной емкости жилы кабеля 6 Ск в первом такте. При этом, поскольку емкость жилы кабеля 6 уже заряжена, дополнительное напряжение только подзаряжает ее на насыщенном пинейном участке экспоненты заряда емкости Ск.

В реэупьтате действие емкости жилы кабеля 6 Ск становится аналогично действию активной нагрузки, т. е. вносит

&ддитивную составляющую погрешности которая может быть учтена в виде дополнительных поправок в действующих приборах.

После переполнения счетчика 19 пос- . ледний импульс с генератора 18 сбрасы40 вает его в нуль и приходит на соответст вующий вход блока 17.

Интервал времени 1 во втором такте описываемой системы называется интервалом интегрирования. Этот интервал во

45 всех циклах постоянен и задается согласованно с диапазоном датчиков и частотой генератора f . При этом напряжение, накопленное на конденсаторах 24 и 25, будет пропорционально сопротивлению резистивного датчика блока 1 и равно друг другу.

Третий такт работы системы, как и первый, за к пючае тся в подготовке жилы кабели 6, т. е. заряде собственной емкости кабеля Ск до напряжения преобразования.

В этом случае напряжение преобразования будет равно сумме напряжений, состоящей из напряжения отрицательной клеммы 27 источника питания U неор обходимого дпя разряда конденсаторов

24 и 25, и напряжениями„„(фнг. 2), накоппенного на конденсаторах 24 и 25 за время интегрирования %.2 . Дпя того, чтобы сложить два напряжения, в системе применен аналоговый повторитель 16, выход которой соединен с отрицательной клеммой 27 источника У и через ключ 13 подключен к точке а системы.

В третьем такте после прихода сигнала с выхода счетчика 19 на соответсч вующий вход блока 17 формируется управляющий сигнал на третьем выходе. Открывается ключ 13 и ключ.3 — через элемент

ИЛИ 23 и триггер 4.

К точке а прикладывается напряжение с м оiU„mo„При эт жилы кабеля Ск перезаряжается ao öåïè

U + П х п,д„т ключ 13, жила кабепя6, ключ 3, эталонный резистор 5 и нулевая клемма источника. Поскольку время переэаряда собственной емкости жилы кабеля

Ск дпя данного типа кабеля постоянно, то оно, как и в первом такте, может быть задано программирующим блоком 17.

По истечении времени р переэаряда емкости кабеля блок 17 формирует управляющий сигнал иа четвертом выходе.

С этого момента начинается четвертый такт работы системы, который заключается в разряде конденсаторов 24 и 25 напряжением Ба по цепям:

a)Uoã ключ 1 1ý интегрирующий конде сатор 24, жила кабеля 6, ключ 3, эталонный резистор 5, нулевая клемма источ; ника; б)Я,, ключ 11, интегрирующий конденсатор 25, ключ 8, резистор 9, нулевая клемма.

Одновременно с началом разряда конденсаторов 24 и 25 блок 17 открывает элементы И 21 и 22 и счетчики 19 и 20 начинают заполняться частотой генератора 18. При достижении нуля напряжения на конденсаторе 25 срабатывает нульорган 15, импульсом с которого блок .17 закрывает элемент И 22, и счетчик 20 прекращает работу.

Количество импульсов 0< накопленное

И эа время Я., будет пропорционапьноЮ п, напряжению, накоппенному за время интегрирующим конденсатором 25. При достижении равенства нулю напряжения на интегрирующем конденсаторе 24 срабатывает нуль-орган 14, импульсом с Которого блок 17 закрывает элемент И 21, р р пнет время одного такта % или t< цроolla 0 I3)

cs тотипа, что позволяет значнтельно увепи4 Э чить быстродействие системы. где Я -сопротивпение эталонных резисторов 5 и 9.

ВьгразивЗхгп«х из равенства (3) и Формула и з о б р е т е н и я подставив его в (г.) и (2), нетрудно подучить выражение для Я* Многоканальная телеизмерительная

a" n -n

«" система, содержащая на передающей сто QA Р ° ° ° (4); роне бпок резистивных датчиков, первый

46 и второй кшочи, триггер и этапонный регде П<- копичество импульсов в счетчике зистор, жилу кабеля линии связи, одним концом подкпюченную на приемной стороg2 количество импульсов в счетчи- не к одной обкладке первого интегрирующего конденсатора, кшочи, высокочастотКроме того, принималось

45 ньгй генератор, первый счетчик, источник

+ g ) 11г, «»,,, П „и И;, питания, эталонный резистор и эиементы

2 1 "4 " g- 1 И, о т и и ч а ю щ а я с я тем что

° ° е

r l È3.

° с целью пгвышения точности и быстроо Я действия устройства,на передающей стор не прямой и инверсньгй выходы триггера подключены к первым входам соответственно первого и втОрого кшочей, выход первого из которьгх соединен с блоком резистивных датчиков, выход второго— через этапонньгй резистор с нулевой клеммой источника питания, входы первого и второго ключей подключены к другому концу жилы кабеля линии связи, на приИз выражения (4) видно, что в него не вошли ни емкости С и С2, ни частота генератора i ни сопротивление пиог нии % А ни напряжения преобразования а "(о °

Следоватепьно, вышеназванные параметры гге влияют.на точность преобразования сопротивления датчика R> и авто7 6343 и счетчик 19 прекращает работу. Количество импульсов rl накопленное за вре1 г мя «.4, будет примерно пропорционально сопротивлению датчика бпока резистивных датчиков 1. М

На этом заканчивается цикл преобразования информации, в котором первый и третий такты являются подготовительными, а второй и четвертый — преобразующими. З

Итак, во втором такте при постоянном времени интегрирования f,g интегрирующиее конденсаторы 24 и 25 емкостью

С и С заряжаются до напряжениями

xvna xl при этом, еспи Ср С С, можно записать хщдх +o ... (1 ). с(А >A) где R - сопротивление пинии;

Я

R* сопротивпение резистивного датчика блока 1.

В четвертом такте конденсаторы 24 и 25 разряжаются по разным цепям, поэтому можно записать два равенства х бах о (2); ь С(БА+Я ) матически исключаются из результатов отсчета без использования средств вычислительной т-хники.

В прототипе время каждого цикла измерения павно

Р1 Р! б 4 + «, + L

2 4 ОБ1 л где «, — время отсчета по первому эталону; л ь - время отсчета по второму эталону; t>- время отсчета по резистивному датчику;

Р

«,а - время, необходимое для машинной обработки.

В предлагаемой системе время каждого цикла измерения равно

1 = L l 4 «. 2 + «. 4. +(i g где 1, «, - время, отводимое дпя подгог Р товки кабеля; г — время интегрирования по резистивному датчику;, 4 - время интегрирования по эталону.

В общем спучае можно считать, что испи 1 + rt4 е /t1 Ф I(+,д q. +g го уменыпение времени каждого цикла изме ения в п едлагаемой системесостав10

634345 а, и, емной стороне введены вторые счетчик и интегрирующий конденсатор, нуль-органы, анапоговьгй повторитель, программирующий блок, элемент ИЛИ и ключи, первые входы первого и второго ключей подключены к положительной клемме источника питания, первые входы третьего и четвертого ключей — к отрицательной клемме источника питания, выход высокочастотного генератора подключен к пер- 16 вым входам элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно первого и второго счетчиков, первый выход программирующего блока подключен ко второму входу второго клю- И ча, первому входу элемента ИЛИ и к информационным входам первого счетчика, второй выход- ко второму входу первого и к первому входу пятого ключей, третий выход программирующего блока сое- > динен со вторыми входами четвертого ключа и элемента ИЛИ, четвертый выход — со вторым входом третьего и первым входом шестого ключей, выходы первого и третьего ключей подключены к И первым входам нуль-органов, аналогового повторителя, к одноименным обкладкам первого и второго интегрирующих конденсаторов, выходы нуль-органов и первого счетчика соединены с соответствующими входами программирующего блока, пятый и шестой выходы которого подкпючены ко вторым входам элементов И, одна обкладка второго интегрирующего конденсатора соединена со вторыми входами первого нуль-органа, пятого и шестого ключей, выход последнего через эталонный резистор подключен к нулевой клемме источника питания, выходы второго, четвертого и пятого ключей объединены и подклю чены к одной обкпадке первого интегрирующего конденсатора и ко вторым входам второгс нуль-органа и аналогового повторителя, выход которого соединен с отрицательной клеммой источника питания, выход элемента ИЛИ через линию связи подключен на передающей стороне ко входу триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР №458849, кл. Cj 08 С 19/02, 1974.

2, Авторское свидетельство СССР №327456, кл. g 05 З 23/24, 1970.

634345

Составитель H. Лысенко

Редактор H. Веселкина Техред O. Андрейко Корректор А- Гриценко

Заказ 6768/50 Тираж 721 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров ССС> по дедам изобретений и открытий

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

Фипиап ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4