Аналого-частотный преобразователь

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцнапнстнческ ни

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 220279 (21) 2733319/18-21 (-З1) М. Кл.

Н 03 К 13/20 с присоединением заявки 119 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2309.80. Бюллетень М9 35

Дата опубликования описания 230980 (S3) УДК 681. 325 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.И. Шнейдер, Л.Х. Шидлович, Л.К. Крючкова и В.И.Ковтуновский

Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к аналогочастотным преобразователям, реализующим операцию извлечения квадратного корня из функции аналоговых вход- 5 ных сигналов, и может быть использовано для вычисления текущего значения и цифрового интегрирования массового расхода газа.

Известен преобразователь, реали- 10 зующий операцию извлечения квадратного корня из функции двух аналоговых входных сигналов, содержащий интегратор первого входного сигнала (интегрирующий конденсатор), порого- 15 вое устройство, вход которого соединен с выходом интегратора, амплитудный компаратор, два эталонных конденсатора, первые соединенные выводы которых через резистор подключены к 2() источнику питания и к первому входу компаратора, а вторые выводы через разделительные диоды подключены к интегрирующему конденсатору, фильтр, вход которого через разделительный 25 диод подключен к второму выводу второго эталонного конденсатора, а выход последовательно с источником второго сигнала подключен к второму входу компаратора, триггер, первый вход 30 которого подключен к выходу порогового устройства, а второй вход — к выходу компаратора, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера, а выходные контакты включены между соединенными выводами эталонных конденсаторов и общей шиной (1j .

Этот преобразователь работает по принципу периодического заряда интегрирующего конденсатора входным сигналом и дополнительным количеством электричества, формируемым как произведение емкости первого эталонного конденсатора на напряжение второго входного сигнала, и периодической компенсацией этого заряда количеством электричества, формируемым как произведение емкости второго эталонного конденсатора на сумму напряжений второго входного сигнала и выходного аналогового сигнала, пропорционального выходной частоте преобразователя и напряжению второго входного сигнала.

Преобразователь формирует два выходных сигнала: частотно-импульсный пропорциональный квадратному корню из отношения входных сигналов, и ана.логовый, пропорциональный квадратно 66008

55 бО

65 му корню из произведения входных сигналов»

Различный характер функциональной зависимости выходных сигналов от входных. ограничивает Функциональные возможности преобразователя, так как эти сигналы нельзя одновременно использовать для вычисления текущего значения функции входных сигналов и для цифрового интегрирования этой функции путем прямого подсчета количества выходных импульсов. Поэтому указанный преобразователь не может, в частности, исПользоваться для одновременного вычисления текущего значения массового расхода rasa u для цифрового интегрирования расхо- 15 да — определения количества газа, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей аналогочастотного преобразователя.

Это достигается тем, что в ана- 2О лого-частотный преобразователь, содержащий интегратор первого входного сигнала, первый вход которого соединен с первой входной шиной, а выходс входом порогового устройства, 25 вход которого соединен с выходом этого интегратора, амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходом порогового устройства, а второй вход — с выходом амплитудного компаратора, пер вый ключ, первый вход которого соединен с первым выходом триггера, и фильтр, введены генератор эталонного тока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ, причем второй вход первого ключа соединен с выходом генератора эталонного тока, а выход — co вторым входом интегратора первого вход- 4О кого сигнала, второй выход триггера подключен к входу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом фильтРа и с пеРвой выходной шиной, 45 выход фильтра подключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходной шине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы — соответственно с второй входной шиной непосредственно и через второй ключ с общей шиной.

В предлагаемом преобразователе компенсация заряда конденсатора интегратора первого входного сигнала производится импульсом тока постоян ной амплитуды и переменной управляемой длительности, прямо пропорциональ ной выходной частоте преобразователя и обратно пропорциональной второму входному сигналу. При этом выходная частота преобразователя и напряжение аналогового выходного сигнала будут иметь одинаковые функциональные зависимости от входных сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема аналого-частотного преобразователя.

Преобразователь содержит интегра-. тор 1 первого входного сигнала, пороговое устройство 2, вход которого соединен с выходом интегратора 1,амплитудный компаратор 3, триггер 4, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам порогового устройства 2 и амплитудного компаратора 3, первый ключ 5, управляющий вход которого соединен с первым выходом триггера 4, генератор 6 эталонного тока, формирователь 7 импульсов постоянной длительности, интегратор 8 второго входного сигнала, второй ключ 9 и фильтр 10.

Вход формирователя 7 и управляющий вход ключа 9 соединены с вторым выходом триггера 4, выход формирователя — с входом фильтра 10 и с частотным выходом преобразователя, а выход фильтра — с аналоговым выходом преобразователя.

Выходные контакты ключа 5 включены между выходом генератора б тока и общей точкой RC-цепи интегратора

1, а выходные контакты ключа 9 между общей точкой RC-цепи интегратора 8 и общей шиной. Первый вход компаратора 3 подключен к выходу фильтра 10, а второй вход — к выходу интегратора 8.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 4 находится в положении, при котором ключ 5 разомкнут, а ключ 9 замкнут.

При замыкании ключа 9 устанавливаются нулевые начальные условия в интеграторе 8.

Первый входной сигнал интегрируется интегратором 1. Когда выходной сигнал интегратора достигает напряжения, соответствующего порогу срабатывания устройства 1, последнее срабатывает, переводя триггер 4 в положение, при котором ключ 5 замыкается, подключая генератор эталонного тока б к конденсатору интегратора 1, а ключ 9 размыкается, вызывая при наличии второго входного сигнала функционирование интегратора 8. Одновременно в момент переключения триггера срабатывает формирователь 7, в результате чего на вход фильтра 10 и на частотный выход преобразователя поступает нормированный по амплитуде и длительности импульс, а на выходе фильтра появляется напряжение, подаваемое на первый вход компаратора 3 и на аналоговый выход преобразователя.

Начинается процесс формирования разрядного импульса, вызывающего изменение направления интегрирования . интегратора 1. Амплитуда тока разряд7660 ваться электрический сигнал, пропорциональный перепаду давления газа, в качестве второго сигнала — электрический сигнал, пропорциональный абсолютному давлению газа, а в качест5 ве сопротивления RC-цепи второго интегратора - последовательно включенные параметрическое сопротивление термометра сопротивления и нормирующее сопротивление, пропорциональные абсолютной температуре газа. Тогда напряжение аналогового выходного сигнала преобразователя будет соответствовать текущему значению массового расхода газа, а после подсчета количества выходных импульсов частотного

15 сигнала получится интегральное значение расхода — количество газа.

Таким образом, при помощи одного преобразователя обеспечивается воэможность вычисления сразу двух параметров расхода газа, что расширяет функциональные возможности предлагаемого преобразователя по сравнению с известными устройствами. g "0 sblx а, х

C ак 7

2 вк2 Въ2 где Uo, о — соответственно амплитуда и длительность нормированного импульса формирователя, 1аь,х - выходная частота преоб- 20 раэователя;

Т вЂ” постоянная времени интегрирования интегратора 8;

U а„ вЂ” выходной сигнал интеграах2 тора 8. 25

При срабатывании компаратора 3 триггер 4 переключается в исходное состояние, при котором ключ 5 размыкается, отключая от интегратора 1 генератор 6 а кч 9 3 КаеТса ус- 30 танавливая нулевые начальные условия в интеграторе 8.

При наличии сигналов на входах интеграторов 1 и 8 процесс периодически повторяется.

Выходная частота преобразователя в установившемся состоянии определяется "выражением

Формула изобретения

Usx „ " «.3;

4 (2) 40

К 0 „Us% (3) аь! х,и =2i U f „к и „, U „ (<)

Следовательно, выходная частота и 60 напряжение аналогового выходного сигнала преобразователя прямо пропорциональны.

В качестве первого входного сигнала преобразователя может использо- 65 ного импульса определяется эталонным током генератора 6 и выбирается большей максимального значения тока заря.да конденсатора интегратора 1. Длительность разрядного импульса после окончания переходного процесса в преобразователе определяется временем возрастания выходного сигнала интегратора 8 до напряжения срабатывания компаратора 3, соответствующего напряжению на выходе фильтра, согласно выражению где Оах — входной сигнал интегратоах1 ра 1;

R3 — сопротивление RC-цепи интегратора 1; соответственно амплитуд да тока и длительность разрядного импульса.

С учетом выражения (1) выходная частота и напряжение выходного аналогового сигнала преобразователя имеет соответственно следующие функциональные зависимости:

Аналого-частотный преобразователь, содержащий интегратор первого входного сигнала, первый вход которого соединен с первой входной шиной, а выход — c входом порогового устройства, амплитудный компаратор, триггер, первый вход которого соединен с выходом порогового устройства, а второй вход — с выходом амплитудного компаратора, первый ключ, первый вход которого соединен с первым выходом триггера, и фильтр, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены генератор эталонного тока, формирователь импульсов постоянной длительности, интегратор второго входного сигнала и второй ключ, причем второй вход первого ключа соединен с выходом генератора эталонного тока, а выход — co вторым входом интегратора первого входного сигнала, второй выход триггера подключен к входу второго ключа, выход формирователя импульсов постоянной длительности соединен со входом фильтра и с первой выходной шиной, выход фильтра подключен к первому входу амплитудного компаратора и ко второй выходной шине, выход интегратора второго входного сигнала соединен с вторым входом амплитудного компаратора, а первый и второй входы — соответственно с второй входной шиной непосредственно и через второй ключ с общей шиной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Баранов Л.А. и др. Конденсаторные преобразователи в автоматике и системах управления. М., Энергия, 1969, с. 44-45 (прототип).

766008

Составитель В. Солодова

Редактор О. Стенина Техред А.Ач Корректор С. Шекмар

Заказ 6527/53 Тираж 995 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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