Компенсационный интегратор

 

блблват а fA .: ., ) О САНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцналнстнческих

Республик

Iu)798886

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31Р878 (21) 2676392/18 24 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 23,01р1, Бюллетень ЙЯ 3 (51)М. Кл.з

G G 7/186

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 335 (088.8) Дата опубликования описания 230181 (72) Авторы изобретения (7 1 ) За яв итель (54 ) KOMIIEHCAIjHOHHblA ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к электронной измерительной технике, в частности к электронным интеграторам длительных сигналов и может быть испольэоваФ 5 но, например, в кулонометрии.

Известны электронные компенсационные интеграторы, работа которых основана на использовании решающих усилителей с емкостной обратной свя- зью. В этих интеграторах сначала интегрируют измеряемый (входной) сигнал, а затем компенсационный сигнал или разность измеряемого и компенсационного сигналов (1) .

Недостатками интеграторов являют- 15 ся перерывы в интегрировании входного сигнала и недостаточно высокая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 2й интегратор, содержащий интегрирующий решающий усилитель, суммирующий хронометр и блок управления, в состав которого входят источник компенсационного (эталонного) напряжения, гистерезисное переключающее устройство и командное устройство (21 .

При работе интегратора командное устройство подает на его вход измеряемое (входное)напряжение. При этом ЗО напряжение на выходе решающего усилителя начинает увеличиваться. Когда оно достигает уровня срабатывания гистерезисного переключающего устройства, которое выполняет функции компаратора с двумя уровнями, это устройство включает источник эталонного напряжения последовательно и встречно с источником входного напряжения, а также подает на вход "Старт" хронометра запускающий импульс. Далее напряжение на выходе решающего усилителя начинает уменьшаться, и, когда оно достигнет уровня отпускания гистерезисного переключающего устройства, последнее отключает источник эталонного напряжения и одновременно останавливает хронометр, подавая соответствующий импульс на вход

"Стоп" хронометра. Описанные процессы циклически повторяются в течение всего времени интегрирования входного сигнала. Величина интеграла оценивается по величине суммарного времени включения источника эталонного напряжения, показываемого хронометром.

НедостаткоМ данного интегратора является сложность его настройки перед измерением, обусловленная необА.Н. Могилевский, В.A. Славный, М.3. Ташчян и P.È. Бигвава

798886 содимостью точного совмещения уровЙей начального выходного напряжения вмещающего усилителя и напряжения отпускания гистерезисного переключаю щего устройства. Неточность указанного совмещения приводит к погрешности интегрирования, величина которой возрастает с уменьшением величины входного напряжения..

Цель изобретения - повышение точ- ности и упрощение настройки интегратора за счет устранения погрешности, обусловленной несовпадением уровней начального выходного напряжения решающего усилителя и напряжения отпускания гистерезисного переключающего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого через первый переключатель соединен с источником эталонного напряжения, один из выводов которого через второй переключатель подключен к источнику входного сигнала, гистерезисное переключающее устройство, первый вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, первый выход - к управляющему входу первого переключателя, а вторые вход и выход гистерезисного переключающего устройства соединены соответственно с первыми выходом и входом командного устройства, и хронометр, введены компаратор, источник опорного напряжения и переключатели, причем первый вход компаратора подключен к выходу интегрирующего усилителя, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения, а выход компаратора связан с размыкающим и замыкающим контактами соответственно третьего и четвертого переключателей, замыкаюший и размыкающий контакты которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами гистерезисного переключающего устройства, а переключающие контакты третьего и четвертого переключателей подключены соответственно к входам

"Старт" и "Стоп" хронометра, управляющие входы третьего и четвертого переключателей подключены к третьему и четвертому выходам командного устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема интегратора; на фиг. 2 временные диаграммЫ, иллюстрирующие работу интегратора.

Компенсационный интегратор содержит интегрирующий усилитель 1 с емкостной обратной связью, к выходу которого подключено гистерезисное переключающее устройство 2, управляю.щее переключателем 3, и компаратор

4, выполненный в виде дифференциального усилителя 5, один из входов ко

55 бО

5

ЗО

40 торого соединен с выходом усилителя

1, а другой — с выходом источника б. опорного напряжения компаратора. Источник 7 входного напряжения и источ. ник 8 эталонного (компенсирующего) напряжения соединены одноименными полюсами через переключатель 9 и подключены к входу интегрирующего усилителя 1 через переключатель 3.

Время включения источника 8 эталонного напряжения измеряется хронометром 10, входы "Старт" и "Стоп" которого через переключатели 11 и 12 соединены с гистерезисным переключающим устройством 2 и выходом усилителя 5 компаратора 4. Управление работой переключателей 9, 11,и 12, а также уровнями срабатывания и отпускания переключающего устройства 2 осуществляется командным устройством

13, которое в совокупности с источником 8, переключателями 3, 9, 11, 12 и переключающим устройством 2 образует блок управления. Между переключающим устройством 2 и командным устройством 13 существует обратная связь.

При практическом осуществлении ин тегратора гистерезисное переключающее устройство 2 с переключателем 3 может быть выполнено, например, в виде электромагнитного реле с переключающими контактными группами, а командное устройство 13 с переключателями 9, 11 и 12 — в виде совокупности коммутационных элементов (например, кнопки управления, галетные переключатели и т.п.). и электромагнитных реле с соответствующими контактными группами. Возможно выполнение переключающего устройства

2 в виде триггера Шмитта с электромагнитным реле на выходе.

При работе интегратора в начальный момент переключатели 3, 9, 11 и 12 находятся в положениях, приведенных на фиг. 1. При этом источник

8 эталонного напряжения отключен переключателем 3 от входа решающего усилителя 1, аналогично отключен переключатель 9.и источник 7 входного напряжения. Вход усилителя 1 через переключатели 3 и 9 соединен с общей шиной. Вход "Старт" хронометра

10 через. переключатель 11 соединен с выходом дифференциального усилителя 5, а вход "Стоп" хронометра 10 через .переключатель 12 соединен с переключающим устройством 2. На выходе компаратора 4 имеется постоянное отрицательное напряжение (фиг. 2а), обусловленное подачей на неинвертирующий вход усилителя 5 отрицательного напряжения U „ „„от источника б опорного напряженйя. Величина напряжения источника б выбирается такой, чтобы она была меньше (с учетом полярности) величина напряжения отпус.798886 бО

65 кания U переключающего устройства

2, а также возможной величины начального выходного напряжения интегрирующего решающего усилителя 1 (фиг.2б

Начало интегрирования задается командным устройством 13, которое, воздействуя на переключающее устройство

2, переводит переключатель 3 в верхнее по схеме положение. Одновременно с этим командное устройство 13 изменяет (уменьшает) напряжение отпускания переключающего устройства 2 от

1 величины 0о и до величины 0О 4, U (фиг. 2б). Напряжение на выходе интегрирующего усилителя 1 уменьшает):я (фиг. 2б), так как íà его вход подается переключателем 3 напряжение источника 8. Когда напряжение на выходе усилителя 1 по абсолютной вепичине станет равным напряжению

0 „ „источника 6, напряжение на выйоде усилителя 5 компаратора 4 изменяет знак (фиг. 2в) и на вход "Старт" хронометра 10 поступает положительный перепад напряжения, включающий хронометр (момент t««, фиг. 2г).Когда уменьшающееся напряжение на выходе усилителя 1 достигает величины 0 (фиг. 26), переключающее устройство

2 переводит переключатель 3 в верхнее по схеме положение, отключая от входа усилителя 1 источник 8 эталонного напряжения, и через переключатель 12 подает на вход "Стоп" хронометра 10 импульс, останавливающий последний (момент to, фиг. 2г). Кроме этого, переключающее устройство

2 через цепь обратной связи воздействует на командное устройство 13, которое выполняет следующие операции: а) переводит переключатель 9 в верхнее по схеме положение, подавая тем самым на вход решающего усилителя 1 входное напряжение (фиг. 2а), б) переводит переключатель 11 в верхнее по схеме положение, подключая вход "Старт" хронометра 10 к выходу переключающего устройства 2, в) изменяет (увеличивает) напряжение отпускания переключающего устройства 2 от величины 0 и до величи1

Оотг 0олоР««(фиг. 2б) .

В результате, указанных операций, напряжение на выходе усилителя 1 увеличивается (фиг. 2б). Когда оно достигает величины 0 Р 8, переключающее устройство 2 включает переключателем

3 источники 7 и 8 последовательно и включает хронометр 10 (момент на фиг. 2r). После уменьшения напряже«ия на выходе усилителя 1 до величи«ы U „, переключающее устройство 2 отключает источник 8 эталонного напряжения и останавливает хронометр

10 (фиг. 2г). Указанные компенсационные циклы интегрирования повторяют заданное командным устройством 13 число и-раз (или заданное время ннтегрирования). Далее в момент (фиг. 2г) командное устройство 13 переключателем 9 отключает источник 7

). входного напряжения, а переключателем 3 подает напряжение источника 8 эталонного напряжения на вход усилителя 1 и запускает хронометр 10.

Одновременно переключателем 12 вход

"Стоп" хронометра 10 соединяется с выходом дифференциального усилителя

5. Кроме того, командное устройство

13 изменяет (уменьшает) напряжение отпускания переключающего устройства 2 от величины Uð „, до величины

0 „ (аналогично тому, как это делалось в начале интегрирования). Нап1э. ряжение на выходе интегрирующего усилителя 1 уменьшается в результате интегрирования напряжения источника 8,и когда оно достигает величины 0 р,«/ напряжение на выходе уси20 лителя 5 изменяет знак (фиг. 2в), вследствие чего хронометр 10 выключается (момент t „ «, фиг. 2г). После этого командное устройство 13 возвращает все переключатели в исход2 ное положение — интегрирование входного напряжения окончено.

Преимуществом предлагаемого компенсационного интегратора является то, что в нем нет необходимости совмещать уровни начального выходного напряжения решающего усилителя и напряжения отпускания гистерезисного переключающего устройства, не требуется также и их стабильности. Это упро-. щает настройку интегратора перед измерением и повышает точность интегрирования малых сигналов. Указанное преимущество основано на том, что величина напряжения на выходе решающего усилителя, с которого начинает40 ся и которым заканчивается интегрирование, зависит только от компаратора, введенного в состав интегратора, и не зависит от величины начального выходного напряжения интегрирующего

45 усилителя, от параметров переключающего устройства (последнее обстоятельство позволяет испольэовать в качестве переключающего устройства такие "грубые" элементы, как электромагнитные реле). Повышение точности интегрирования, обеспечиваемое предлагаемой конструкцией интегратора, оценивается на следующем конкретном примере. При использовании в качестве переключающего устройства реле типа РП-5 неточность совмещения уровней начального выходного напряжения интегратора и напряжения отпускания реле составила ъ 0,1 В. указанная величина в основном определялась нестабильностью напряжения отпускания реле. При интегрировании входного напряжения, равного 1 В, в течение 100 с и при постоянной времени решающего усилителя 1 с, погрешность, обусловленная парамет798886 рами реле, составляет 0,14. В предлагаемом интеграторе эта погрешность отсутствует полностью.

Формула изобретения

Компенсационный интегратор, содержащий интегрирующий усилитель, вход которого через первый переключатель соединен с источником эталонного напряжения, один из выводов которого через второй переключатель подключен к источнику входного сигнала, гистерезисное переключающее устройство, первый вход которого подключен к выходу интегрирующего усилителя, первый выход — к управляющему входу первого переключателя, а вторые вход и выход гистерезисного переключающего устройства соединены соответственно с первыми выходами и входом командного устройства, и хронометр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки, в интегратор введены компаратор, источник опорного напря. жения и переключатели, причем первый вход компаратора подключен к выходу интегрирующего усилителя, второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения,,а выход компаратора связан с размыкающим и замыкающим.контактами соответственно третьего и четвертого переключателей, замыкающий и размыкающий контакты которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами гистерезисного переключающего устройства, а переключающие контакты третьего и четвертого переключателей подключены соответственно к входам "Старт" и "Стоп" хронометра, управляющие входы третьего и четвертого переключателей подключены к третьему и четвертому выходам командного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Махнанов В.Д., Милохин Н.T.

Устройства частотного и время-импульсного преобразования, М., "Энергия", 1970, с. 107-112, 115-119.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 374618, кл. G 06 G 7/18, 1971 (прототип).

Составитель С. Белан

Техред M.Ãoëèíêà Koppe x r op И ° Му с к:.

Редактор Л. Кеви

Заказ 10060/70 Тираж 756 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