Аналого-цифровой преобразователь время-импульсного типа

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) 3ая влеяо 14,09.77 (21) 2524243/18-21 с присоединением заявки.% (23) Приоритет—

H 03 K 13/20

1асударстввииый комитет

CCCP па делам иэобрвтвиий и открытий

О"Убликовано 25.01.80. Бюллетень j@ 3 (g3) уды б81 325 (088.8)Дата опубликования описания 25.01.80 (72) Авторы изобретения

Э; М. Бромберг и В. С. Иванов

Всесоюзный институт по проектированию организации энергетического строительства "Оргэнергострой", Куйбышевский филиал (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ТИПА

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в информационно-измерительных системах, предназначенных для высокоточного измерения различных электрических и неэлектрических пара5 метров, в системах контроля и технической; диагностики, испытательных стендах.

Известны аналого-цифровые преобразователи время-импульсного типа, предназначенные для измерения и цифрового кодирования иэме1О рительной информации, преобразованной предварительно в напряжение (1).

Недостаток этих устройств заключается в их ограниченных функциональных возможностях.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником М опорного напряжения, а два друтих соединены через коммутатор со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу нульоргана, генератор пилообразного напряжения, выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости, подключенный ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством (2).

Известный преобразователь не позволяет измерять непосредственно значения емкости, индуктивности, сопротивления, а также неэлектрические величины, представленные в виде этих .параметров.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником опорного напряжения, а два других соединены через коммутатор со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, генератор пилообразного напряжения, выполнешый в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости, подключенный ка второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последовательно соединеннь м счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством, дополнительно снабжен преобразователями сощ отивления, индуктивности и емкости в напряжение, подключенными к блоку управления и выполненными в виде последовательно-параллельно соединенных через управл емые ключи измеряемого и двух эталонных сопротивлений, индуктивности и емкостей соответственно, а также преобразователем перемещения, содержащим конденсатор, имеющий три пары плоскопара лельных электродов, две из которых идентичны друг другу, а расстояние между электродами. третьей пары изменено на известную величину, все подвижные электроды кинематически связаны с рычагами, измеряющими перемещение; причем коэфф.щиенты передачи рычагов идентичных rrap электродов отличаются друг от друга; преобразователь сопротивления подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, преобразователи индуктивности и емкости включены в частотно-зависимую цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемеще ия подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

На чертеже изображена функциональная электрическая схема устройсва.

Входное устройство 1, выполненное в" виде последовательно соединенных трех сопротивлений 2, 3 и 4, через управляемые ключи 5 и б подключено к источнику опорного напряжения 7. К выходу устройства 1 через коммутатор 8 подключен усилитель 9, к выходу которого подключен один из входов нуль-орга- . на 10. К другому входу нуль-органа подключен генератор 11 пилообразного напряжения (ГПН), собранный на транзисторах Т, и Т,.

Ко входу ГПН подключен преобразователь сопротивления 12, выполненный в виде последовательно-параллельно соединенных через управляемые ключи 13 — 15 измеряемого Ях и эталонных R и 8 сопротивлений. К выходу эг

ГПН подключен преобразователь перемещения

16, выполненный в виде конденсатора, имеющего три пары 17, 18, 19 плоскопараллельных электродов, причем подвижные электроды

"-х пар связаны с рычагами 20, 21, 22, из1680

45

4 меряющими перемещение. Подключение электродов производится ключами 23 — 26. Выход генератора 27 заполняющей частоты (Г34) соединен с частотнозависимой цепью 28, в которую включеьпл преобразователь индуктивности 29, выполненный в виде последовательнопараллельно соединенных через управляемые ключи 30, 31, 32 измеряемой индуктивноспт и двух эталонных индуктивностей

Х

L и преобразователь емкости 33 в виде эт последовательно-паралелльно соединенных через управляемые ключи 34 — 37 измеряемой емкости С и двух эталонных емкостей С „- и

С,который подключен к одному из входов элемента И 38, ко второму входу которого подключен триггер 39. К выходу ячейки И 39 подключен счетщк 40, к выходу которого включено арифметическое устройство 41, выход которого подклсчен ко входу устройства

42 цифровой индикации, Выходы блока 43 управления подключены к управляемым ключам 5, б, 13 — 15, 23 — 26, 30 — 3?, 34 — 37, к коммутатору 8, а также к триггеру 39 и к арифметическому устройству 41.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

В режиме измерения напряжения измерение проводится в трч такта, В первом такте блок управления 43 открывает клюпт 5 и 6, в результате чего источшпс опорного напряжения 7 подключается к сопротивлению 2 входного устройства 1. Одновременно блок управления перекщсчает коммутатор 8 в положение, при котором на вход усилителя 9 подается наполнение с сопротивлений 3 и 4 входного устройства. Таким образом, в первом такте на вход усилителя подается сумма измеряемого напряжения Up; и опорного напряжения U<п . Во втором такте измерения блок управления 43 закрывает ключи 5 и 6, отключая тем самым источник опорного напряжения 7. Коммутатор 8 остается в положении, при котором на вход усилителя 9 поступает напряжение U . В третьем такте измерения ключи 5 и 6 остаются закрытыми, а блок управления 43 переключает коммутатор 8 в положение, при котором на вход усилителя

9 подается напряжение K,Uy, с сопротивления

4 делителя, имеющего коэффициент передачи К, .

В каждом такте измерения напряжение с выхода усилителя 9 поступает на один из входов нуль-органа 10. В начале каждого такта измерения по сигналу с блока управления

43 размыкается ключ 26 и на второй вход нуль-органа 10 начинает поступать нарастающее напряжение с ГПН 11. Одновременно с блока управления 43 поступает сигнал, открывающий триггер 39. С этого момента через элемент 38 в счетчик 40 начинают поступать

711680 35

40 и импульсы высокочастотного напряжения с генератора 27. В момент равенства напряжений на обоих входах куль-органа 10 в каждом такте измерения на его вы аде возникают сигналы, закрывающие триггер 39. Через элемент И 38 в счетчик 40 прекращается поступление импульсов высокочастотного напряжения. Числа импульсов N,, N, и N,, накоп. ленные в счетчике в первом, втором и третьем тактах измерения, пропорциональны напряжениям U + U, U и К. U соответственх оп х но.

Измерение сопротивления проводится в четыре такта, В первом такте блок управле- 15 ния 43 размыкает ключи 13 и 14 и замыка. ет ключ 15, подключая тем самым ко входу

ГПН 11 сопротивление 8, входящее в состав преобразователя сопротивления 12. Во втором такте блок управления 43 размыкает 20 ключ 14. Ко входу ГПН 11 оказываются подключенными последовательно соединенные сопротивления R и "эт эх

В третьем такте блок упраления 43 замыкает ключ 13, подключая параллельно соцротивлениям и и ЯЭг сопротивление Яэ1- .

1 Э я

Ключ 14 остается замкнутым. Таким образом, ко входу ГПН 11 оказывается подключенным сопротивление

R. ° (R +R ) 30

Эта Х Эт х эт эт

+К +В

В четвертом такте блок управления 43 вновь замыкает ключ 15, ключ 13 остается замкнутым, ключ 14 размыкается. Ко входу

ГПН 11 оказывается подключенным сопротивление

R(R+R) R+R+R

1 2.

В начале каждого такта измерения сопротивления R> по сигналу с блока управления

43 размыкается ключ 26 и линейнонарастающее напряжение с выхода ГПН 11 начинает 4 поступать на один из входов нуль-органа 10.

Скорость нарастания этого напряжения в каждом такте определяется юком и, следовательно, значением сопротивления преобразователя 12, а также значением емкости преобразователя перемещения 16 ГПН, которое определяется произвольным состоянием ключей

23 — 25. Это состояние ключей остается неизменным в течение всего цикла измерения сопротивления.

- На второй вход нуль-органа 10 поступает постоянное напряжение - выхода усилителя 9.

Значение этого напряжения определяется произвольным состоянием ключей 5, 6 и коммута6 тора 8, которые остаются неизменными в течение всего цикла измерения R

В начале каждого такта измерения R с блока управления 43 поступает сигнал, открывающий триггер 39. С этого момента через элемент И 38 в счетчик 40 начинают по ступать высокочастотные импульсы с Г34 27.

Частота импульсов зависит от значений индукгивности преобразователя 29 .и емкости преобразователя 33 частотнозависимой цепи 28

Г34 27, которые определяются, в свою очередь, произвольным состоянием управляемых ключей 30 — 32 и 34 — 37 соответственно. Это состояние остается неизменным в течение всего цикла измерения сопротивления.

В момент равенства напряжений на обоих входах нуль-органа в каждом такте измерения на его выходе возникают сигналы, закрывающие триггер 39. При этом поступление импульсов высокочастотного напряжения в счетчик 40 прекращается. Числа импульсов

N>, Ni,. й,, й;, накопленные в счетчике s первом, втором, третьем и четвертом тактах измерения, пропорциональны величинам сопротивлений, подключенных в каждом такте ко входу ГПН 11.

Результат четырех тактов измерения поступают в арифметическое, устройство 41, где формируется цифровой эквивалент измеряемого сопротивле|шя Н

Измерение индуктивности проводится в четыре такта. Б первом такте блок управления

43 размыкает ключи 30 и 31 и замыкает ключ 32. При этом в частотнозависимую цепь

28 Г34 27 включается индуктивность L . Bo втором такте блок управления 43 замыкает ключ 31 и размыкает ключи 30 и 32. В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность 1 + 1.э-т . В третьем такте

I замыкаются ключи 30 и 31, в частотнсзависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность

L3T (L + L ò )

ЭТд х 31

Ly, + ЭТ+ Ь,ЭТ2

В четвертом такте замыкаются ключи 30 и

32, ключ 31 размыкается. В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность

X 3TI эТ эт, эт

+ 1.

В каждом из четырех тактов измерения частота Г34 27 функционально связана со значением индуктивности преобразователя 29, включенного в частотнозависимую цепь 28. Форми711680 рование измсрителыгого иптервала !Ip»-"ходит аналогично Описанному.

Результаты четырех тактов измерения поступа1от в арифметическое устройство 41, где формируется цифровой эквивалент измеряемой инцуктивности, . Измерсние емкости про/ водится В четыре такта. Прн этом осущест.

Бляется следующая последовательнОсть Включения ключей 35 — 37 коммутирующих элементы С, С,„«С>Т преобразователя емкости частотнозависимой цепи 28 Г34 27. В первом такте замыкается ключ 37, ключи 34-36 разомкнуты. В частотнозависнмую цепь 28

Г34 27 Включается емкость С>< .

Во втором такте замыкаются кшочи 3S и 37, ключи 34, 36 размыкаются. В частотнозависимую цепь 28 1"34 27 ВКЛ1очается емкость.

С + С . В третьем такте замыка1отся клюэт,. чи 35 и 36, кггючи 34, 37 размыка1отся. В частотнозависимую цепь 28 включена емкость (С>,, + СЗт ) С372

З-Г, ЭТ2

В четвертом такте замыка1отся ключи 34 и 36, ключи 35 и 37 размыкаются. В контур вкшочена емкость

Сх эт Зг2 эт 3 1 х

В результате операцп11, аналогичных описанным выше для измерения индуктивности, получается цифровой код, соответствующии и мергемой Величине С,. Измерение перемещениЯ х проводится В три такта. В первом такте блок упрап11епия 4 з;:.мыкает кл о1 23, ГТ л ключи 24 и 25 разомкнуты. К Выходу ГП1т 11

Оказь1В11стся подкэпб 1епно I пе:!aая папа

ЭЛЕКТт>ОДОВ КОНДЕ1ЮВТОО11 .1ПЕ О ",.ÇÎÝIIÒeÞ& ПЕl ремещения 116. БО второ;1 акте =,à;ëü!.<àется ключ 2 .1, г одключеа к В1,:.:.Оду ГГ1г 1 пару — " т 1 электpoIIGB 18. В третьем такте замыкаетсЯ ключ 25, к выходу Г1т11 1! Подключается Iiapa электродов 19.

Результаты трех тактов измерения поступа1от в арифметическое устройство 41, где формируетса результат.

Результаты измере1пья всех параметров по лучаются в цифровой форме непосредственно в единицах измеряемых параметров и инцицируются устройством индикации 42. формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содер>кащий входное устройство, выполненное в

В1ще трех последовательно соединенных сопро11гвле1гий, одно из которых. соединено через

J/ÒÐ>Ij3I .!ÑÛЫЕ KJIJC 1I! С ИСТОЧНИКОМ ОПОРНОГО напряжения., a два других через коммутатор соединены со Входом усилителя, Выход которого подключен к первому входу нуль-органа, 1о генератор пилообразного напряжения, выполненный в виде стабилизатора тока с зада1ощим сопротивлением и вь1ходной емкости, подключенньш ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом

15 элемента И, выходом подключенного к последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим

20 устройством, отличающий ся тем, что, с целью расширения функциональных возмо>кностей, он дополнительно снабжен преобразователями сопротивления, индуктивности и емкости в напряжение, подключенными к

25 блоку управления и выполненными в Виде последовательно-параллельно соединенных через управляемые ключи измеряемого и двух эталонных сопротивлений,, индуктивиостей и емкостей соответственно, а также преобразова0 телем перемещения, содержащим конденсатор, пме1ощий три пары плоскопараллельных электродов, две из которых. Идентичны друг другу, а расстояние между электродами третьей пары изменено на известную величину, все подвижные эл .;Строд11 кинематически связаны с

Оычагами,:змерлющими перемещение, причем

А коэффиш1е1.ты передачи рычагов идентичных пjp электродов от>1ичаются дру1 от друга; преобразователь сопротивления подключен ко вхо1О pv генератора пилообразного напряжения, преОбраэователи индуктивности и емкости включены в частотнозависимую цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемещения подключен к выходу генератора пи45 лообразного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Хлисту11ОВ В. Н. Основы цифровой электроизмерительной техники и цифровые

50 преобразователи, М.-П., "Энергия", 1966.

2. Авторское свидетельство СССР N 267748, кл. Q 01 Й 13/02, 4.11.68.

711680

Составитель Ю. Богданов

Редактор Н. Веселкина Техред Э.Чужик ..

Корректор Н. Г. Назарова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9026/42 Тираж 995 Поднисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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