Регистрирующий прибор

 

Союз Советских

Социалистинвския

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п789769 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2803.73 (21) 1898482/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 23,12,80. Бюллвтвнь ¹ 47

Дата опубликования описания 23. 12. 80

С5!)М. Кл.з

6 01 R 19/00

Государственный коиитет

СССР по дедам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .17(088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ñ. Нагайкин, А.Л.Торчин, В.И. Ильин и Н.В. Петькин / !

1 (71) Заявитель с I (54) РЕГИСТРИРУЮЩИЙ ПРИВОР а

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к измерительным устройствам для регистрации в функции времени физических величин потока, преобразованных в электрические величины и может быть использовано в устройствах гидродинамики и аэродинамики и химической промышленности.

Известны регистрирующие приборы,, содержащие мостовую схему сравнения, в одно из плеч которой включен первичный датчик-преобразователь, а в измерительную-диагональ-преобразователь "напряжение-ток", к которо- l5 му через промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилитель мощности,и блоки регистрации переменной и постоянной составляющих

f11 20

Изменение теплоотдачи первичного датчика-преобразователя, вследствие скоростных изменений потока, вызывает изменение его сопротивления, что обуславливает появление напряжения разбаланса (дифференциального напряжения), равного алгебраической сумме синфазных напряжений на .выходе мостовой схемы сравнения. Напряжение разбаланса усиливается вход- 30 ным и промежуточным усилителем до максимально возможной для данного входного сигнала величины, практически равной величине выходного сигнала. Усилителем мощности, выполненным на эмиттерном повторителе, производится преобразование усиленного напряжения в величину тока.

Широкий диапазон изменения напряжений в выходных цепях промежуточного усилителя мощности не позволяет получить высокую чувствительность и устойчивость устройства в широком спектре частот преобразуемых сигналов. Размах синфазных сигналов резко возрастает при попытке повысить чувствительность увеЛичением омического сопротивления первичного датчика-преобразователя. Широкий диапазоан изменения напряжений, возникающий на выходе промежуточного усилителя в условиях изменяющегося во времени потока и наличии тепловой и электронной обратной связи, вызывает колебания напряжений в узлах схемы,обусловленные наличием диффузионных и барьерных емкостей р=п переходов полупроводниковых элементов, а также паразитных емкостей электромонтажных соединений. Колебания напряжений

78976 в узлах схемы порождают неустойчивость иэ-за фазовых задержек сигнала, вызывающих генерацию, а введение различного рода корректирующих цепей (фильтров) ухудшает чувствительность в полосе непропускания, что соответствует ограничению спектра частот преобразуемых сигналов.

Прибор сложен в эксплуатации, что обусловлено необходимостью тщательной компенсации емкости кабельной линии, используемой для переда- ® чи сигнала от первичного датчика.преобразователя ко входу устройства.

Кроме того,. известное устройство не позволяет обеспечить широкий диапазон изменения уровней преобразуемых 3$ сигналов беэ изменения уровня напряжения, питающего промежуточный уси:литель постоянного тока, что вызвано необходимостью иметь на входе усилителя мощности, выполненного ;щ на эмиттерном повторителе, широкий диапазон изменения напряжения.

Цель изобретения — упрощение койструкции, повьхаение чувствительности и устойчивости в широком спектре частот..

Поставленная цель достигается тем, что регистрирующий прибор, содержащий мостовую схему сравнения, в одно из плеч которой включен пер- gg вичный датчик-преобразователь,а в измерительную — диагональ-преобразователь "напряжение-ток", к которому через промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилитель мощности,и блоки регистрации переменной и постоянной составляющих тока, снабжен корректирующим и компенсирующим источниками тока, а преобразователь "напряжение-ток",промежуточный усилитель и усилитель мощ. ности выполйены двухканальными, причем прямой выход усилителя мощности соединен со входом мостовой схемы сравнения, с выходом корректирующего источника тока и с блоком регистрации переменной составляющей тока, а инверсный — с компенсирующим источником тока и блоком регистрации постоянной составляющей тока.

Кроме того, с целью расширения щ уровней преобразуемых сигналов, преобразователь "напряженке-ток" выполнен в виде параллельно-балансного усилителя с источником тока в эмиттерной цепи, в коллекторные цепи

H которого включены диоды в прямом направлении.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 принципиальная схема входного каска да. 40

Регистрирующий прибор содержит мостовую схему 1 сравнения в одно из плеч которой включен первичный датчик-преобразователь 2, преобразователь "напряжение-ток" 3, промежу9 4 точный усилитель 4 постоянного тока, усилитель 5 мощности, причем, прямой выход усилителя мощности соединен со входом схемы сравнения, с выходом корректирующего источника 6 тока и с блоком 7 регистрации переменной составляющей тока, а инверсный — с компенсирующим источником 8 тока и с блоком 9 регистрации постоянной составляющей тока.

Входной каскад, выполненный в виде параллельно-балансного каскада, состоит иэ транзисторов 10 и 11, базовые выводы которых образуют точки подключения входного сигнала 12 и 13

/ эмиттерные выводы соединены с источником 14 тока, а коллекторные соединены соответственно с включенньвеи в прямом направлении диодами 15,16 и образуют точки съема выходного дифференциального сигнала 17 и 18 °

При нулевой скорости потока на вход предварительно сбалансированной мостовой схемы 1 сравнения поступает ток от прямого выхода усилителя 5 мощности и ток от корректирующего источника 6 тока, величина которого опре,деляет начальный перегрев первичного датчика-преобразователя в функции от температуры потока. Компенсирующим источником 8 тока компенсируется ток .на инверсном выходе усилителя 5 мощности, соответствующий нулевому потоку. Скоростные изменения потока вызывают изменение теплоотдачи первичного датчика-преобразователя 2,а,сле:довательно, и изменение его сопротивления, что обуславливает появление напряжения разбаланса, которое выделяется как дифференциальное Ч из разности синфазных Н „, Vc2 на соответствующих выходах мостовой схемы

1 сравнения, т.е.

ЧЭ =На -V (1)

9 с са

Дифференциальный сигнал Н,поступающий через точки подключения входного сигнала 12 и 13 на преобразователь "напряжение-ток" 3, обуславливает распределение общего эмиттерного тока, генерируемого источником 14 тока, между коллекторами транзисторов 10 и 11. При условии, 1 то коэффициенты передачи тока с ранзисторов 10 и 11 равных между собой и равны 1, т.е. 4.о = ю „ =1 расУ пределение тока между коллекторами может быть определено следующими выражениями, полученными из формулы, связывающей токи и напряжения в идеальном рп переходе.

J 2 4 (й) кто 4 Р 3

Ч ме" ч

789769 где 3„„ д„ вЂ” токи в коллекторах транзисторов 10 и 11;

3„4 ТоК генерируемый источником тока 14; постоянная Больцмана; б — заряд электрона;

Т - температура в градусах

Кельвина.

КоллектоРные ТохН к1, к 1,пРоходя через соответствующие дйоды 15 и 16, создают на них падения напряжений (синфазные напряжения),которые могут быть определены следующими выражениями: (4) Ч1ь=Чт 1

Jk11 эт1ь где V,,V — синфазные напряжения

15 на диодах соответственно 15 и 16; эт — токи насыщения диоД

15 15 дов 15 и 16.

Дифференциальный выходной сигнал

V< lbbI снимаемый с точек 17 и 18,определяется как разность синфазных напряжений с диодов 15 и 16

30 q ЬЫК 15 16 (6)

Подставляя значения синфазных напряжений из (4) и (5) в выражение (6) с учетом (2) и (3) и принимая, что

ТоКН насыщения паэт 15 д зт1ü равны между собой, получим (7)

V9 l3blx V9, Из уравнения 7 следует, что преоб разователь "напряжение-ток" 3 не дает усиления по напряжению, а повторяет дифференциальный входной сигнал и перемещает его на другой уровень. Кроме того, дифференциаль- 4 ный выходной сигнал Vq,gblq выделяется иэ разности синфаэных сигна- лов, которые равны величине падения напряжения на открытых диодах, включенных в прямом направлении.

Вследствие этого сигналы мало меняются в процессе переключения эмиттерного тока. Промежуточным усилителем

4 постоянного тока производится усиление дифференциального напряжения

P .lbb до некоторой номинальной диф- M ференциальной величины, определяемой свойствами каналов, которая в несколькб раз меньше размаха синфаэных напряжений. Это обусловлено тем,что в двухканальной системе синфазные . ф) напряжения, поступающие по разным каналам взаимно компенсируются. УсиI лителем 5 мощности производится преобразование усиленного дифференциаль)ного напряжения в прямой и инверсный выходные сигналы, причем прямой выходной сигнал меняет величину тока через мостовую схему таким образом,что ее равновесие восстанавливается.При этом, переменная составляющая выходного сигнала с прямого выхода усипителя 5 мощности фиксируется блоком 7 регистрации переменной составляющей тока, а постоянная составляющая выходного сигнала фиксируется блоком 9 регистрации постояннуй составляющей тока.

Малый размах синфаэных напряжений и ограниченная величина дифференци, альных сигналов, возникающих на выходе преобразователя "напряжение-ток"

3 и на выходе промежуточного усилителя 4 постоянного тока, где режимные токи невелики, уменьшает влияние диффузионных и барьерных емкостей р-и переходов, а также паразитных емкостей монтажных соединений, что значительно уменьшает .задержку прохождения сигнала по каналам. Уменьшение времени прохождения сигнала по каналам и отсутствие значительных флуктуаций напряжений, обусловленных инвариантностью системы по отношению к влияющим факторам (промышленная помеха, температура и возбуждение) увеличивают запас по фазе устойчивой работы устройства и исключают необходимость установ-<и корректирующих цепей с большой постоянной времени, которые могут ограничить спектр преобразуемых частот и вызвать переходные выбросы напряжений (увеличить время восстановления системы при импульсном воздействии сигнала, возникающем при турбулентных срывах потока). Увеличение запаса по фазе устойчивой работы и исключение пере- . ходных выбросов напряжения повышает чувствительность устройства в широком спектре частот преобразуемых сигналом и уменьшает влияние емкости кабельной линии. Дальнейшее уменьшение влияния емкости кабельной линии может быть ограничено изменением постоянной составляющей каждого из каналов усиления беэ использования дополнительных реактивных цепей,что значительно упрощает конструкцию.

Малый размах синфаэных напряжений на открытых диодах 15 и 16 практически исключает насыщение коллекторных переходов преобразователя "напряжение-ток" 3 при увеличении синфаэных сигналов на его входах 12 и 13, что позволяет расширить уровень преобразуемых сигналов, уменьшить величину барьерной емкости коллекторного перехода, практически исключить влияние изменения напряжения коллекторного вывода на величину емкости.коллекторного перехода и тем самым исклю чить модуляцию ширины базы (эффект

Эрли).

789769

Введение в устройство корректирующего и компенсирующих источников тока и выполнение преобразователя "напряжение-ток", промежуточного усилителя постоянного тока и усилителя мощности двухканальными, выгодно отличают предлагаемый регистрирующий прибор от известного, так как повышает чувствительность и устойчивость устройства в широком спектре частот, а также упрощает конструкцию,что обусловлено уменьшением времени прохождения сигналов по каналам и уменьшением времени восстановления при импульсном воздействии сигнала за счет небольших колебаний синфазных и диф7 ференциальных сигналов.

Включение в коллекторные цепи параллельно-балансного каскада диодов в прямом направлении расширяет уровень преобразуемых сигналов беэ увеличения напряжения коллекторного питания, а также уменьшает динамическую емкость коллекторного пере-. хода.

Формула изобретения

1. Регистрирующий прибор, содержащий мостовую схему сравнения,в одно иэ плеч которой включен первичный датчик-преобразователь, а в измерительную — диагональ-преобразователь "напряжение-ток",к которому через промежуточный усилитель постоянного тока подключен усилитель мощности, и блоки регистрации пере менной и постоянной составляющих тока, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения чувствительности и устойчивости в широком спектре частот,он снабжен корректирующим и компенсирующим источниками тока, а преобразователь "напряжение-ток",проме О жуточный усилитель и усилитель мощности выполнены двухканальными,причем прямой выход усилителя мощности соединен со входом мостовой схемы сравнения, с выходом корректирующе15 го источника тока и с блоком регистрации переменной составляющей тока, а инверсный — с компенсирующим источником тока и блоком регистрации постоянной составляющей тока.

Щ 2. Регистрирующий прибор по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения уровней преобразуемых сигналов, преобразователь

"напряжение-ток" выполнен в виде

2э параллельно-балансного усилителя с источникам тока в змиттерной цепи, в коллекторные цепи которого включены диоды в прямом направлении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Battery-Operated Anemometr, Dira Туре 55, 005 Drawing 9 09055, D3293.

7897б9

Составитель Т. Веремейкина

Техред Н. Бабурка Корректор Л. Иван

Редактор Г. Волкова

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9026/39

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