Интегрирующий преобразователь на-пряжения b интервал времени

 

О Л И С А Н И Е 818006

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцналкстнческкх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 16 05.79 (2l) 2766484/18-21. (5! )М. Кл.

Н 03 К 13/20 с присоединением заявки,%

Государстввнный комитет

СССР (28) Приоритет (53) УДК 681325 (088.8) по делам изобретений . и открытий

Опубликовано 30.03.81. Бюллетень ¹ 12

Дата опубликования описания 30.03.81

l, )

i (72) Авторы изобретения

С. Б. Шахов, Э. К. Шахов, В. М. Шляндин, и В. М, Лук янов

Пензенский политехнический институт

Э

4

i (7I ) Заявитель (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ

ВРЕМЕНИ

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряжений малого уровня.

Известны преобразователи напряжения с импульсной обратной связью, в которых одновременно интегрируется преобразуемое напряжение и импульс образцового напряжения, поступающий с выхода звена обратной связи, причем в установившемся режиме длительность импульса обратной связи пропорциональна интегральному значению входного напряжения за время цикла преобразования (1}.

Недостатками преобразователей данного типа являются, наличие коммутирующих элементов в цепи опорного напряжения и низкое быстродействие, так как при включении или скачке входного напряжения имеет место переходной процесс, длящийся несколько циклов преобразования.

Известен интегрирунпций преобразователь напряжения малого уровня в интервал времени, содержащий модулятор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной шине устройства и второму входу интегратора, и блок управления, первый и второй входы которого подключены соответ5 ственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый; второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами пер19 вого ключа, модулятора и второго ключа (2).

Известный преобразователь обладает невысокой точностью вследствие того, что погрешность модулятора и нестабильность параметров клточей влияют на выходную точность, низким

l5 быстродействием и не обладает средствами для определения знака измеряемого напряжения.

Цель изобретения — повышение точности, быстродействия. и расширение функциональных

20 . возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий модулятор, первый вход которого подключен к входной шине уст818006

U (t>t )= — О «Ъ

С 1 К Ф 4

2 P33 Ð4 I4 е

В момент времени t3 усилитель 11 выйдет из насьпцения и начинает действовать отрица- тельная обратная связь, охватывающая через замкнутый ключ 5 и сумматор 12 последова25 тельно включенные модулятор 1, дополнительный интегратор 9, переключатель 10 и дифференциальный усилитель 11. При этом интегрирующее звено, охваченное жесткой отрицательной обратной связью, образуется в апериодичесзо кое, звено первого порядка с постоянной времени, равной —, где К вЂ” коэффициент

K11 и-т усиления дифференциального усилителя 11, По окончании переходного процесса, длящегося весьма короткое время (так как постоянная времени — очень мала, вследствие того, что

35 - 1

К„,,»1), на выходе дифференциального усилителя 11 устанавливается напряжение обратной связи Оо э значение которого таково, что

1,2 R>K () 0®1 1( нЛ М ® ++ 5 ь — (4 ь ) О (2) Г

0 (ф,) ройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной шине устройства и второму входу интегратора, а также блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами tp первого ключа, модулятора и второго ключа, введены второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединен со свОим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модулятор, второй интегратор, переключатель, дифференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, а управляющий вход переключателя подключен ко второму выходу блока управления.

На фиг. 1 изображена функциональная электрическая схема устройства; на фиг, 2— временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

В состав преобразователя входят модулятор

1, интегратор 2, блок 3 сравнения, источник

4 опорного напряжения, ключи 5 и 6, генератор 7 тактовых импульсов, блок 8 управления, дополнительный интегратор 9, переключатель

10, дифференциальный усилитель 11 и сумматор 12 на резисторах.

Выход интегратора 2 соединен с входом блока 3 сравнения, входы блока 8 управленияс выходами блока 3 сравнения и генератора 7 тактовых импульсов, управляющие входы ключей 5, 6 и модулятора 1 — с соответствующими выходами блока 8 управления; выход сумматора 12 связан с одним из своих входов через последовательно включенные модулятор

1, дополнительный интегратор 9, переключатель

10, дифференциальный усилитель 11 и ключ 5; выход источника 4 опорного напряжения соеди- нен со вторым входом сумматора 12 и одним из входов интегратора 2, второй вход которого соединен с первым входом сумматора 12, 45

В момент времени т ключ 5 разомкнут, модулятор 1 подключает на первый вход дополнительного интегратора 9 измеряемое напряжение

Оу,, а на второй вход — выходное напряжение сумматора 12, переключатель 10 подключа- 5р ет выход дополнительного интегратора 9 на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11.

Выходное напряжения интегратора 9 в момент времени t> равно нулю.

К моменту времени tq напряжение на выходе интегратора 9 достигает значения гце à — постоянная времени интегратора 9; „„— коэффициент передачи модулятора 1;

0< — напряжение на выходе сумматора 12;

0 Р— дрейф интегратора 9, приведенный ко входу.

На интервале времени от t„до t напряжение на выходе сумматора 12 равно

В момент времени tz замыкается ключ 5 и напряжение насыщения 0> усилителя 11, имеющее полярность, противоположную полярности образцового напряжения (н поступает на второй вход сумматора 12, напряжение на выходе которого станет равным

Из выражений (1) и (2) общая площадь сигнала на выходе ключа 5 равма ни-Ф),о - )=Г нх(йъ"г) uacR5+R) 2 ос + з z + р+ ФсР 3+125))(y )

° р 1 4 > или, с учетом того, что t4 — t = Т (длительность частного цикла преобразования), равна

Ни Ю "ac I ) i . +

Х ux(9 + 9. (10Фъ+11 ) . Ъ 1 1

818006

III (Е4+ g Üжь А

В следуьзшем частном дикие процесс преобразования аналогичен, происходит лишь переключение модулятора 1 и переключателя 10, т.е. на вход 1 дополнительного интегратора 9 подается выходное напряжение сумматора 12, а на второй вход — преобразуемое напряжение, и выход дополнительного интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 11. Очевидно, что площадь сигнала на выходе ключа 5 rro окончании второго частного цикла преобразования равна

U R R ) u (R < Г ХИй. Л . ЬЙЗ Щ

Н Ъ2 ОС4 3 1 р

Ь 4 1 т (А,.1

{J P(Re W g) 1

Импульсы с выхода ключа 5 поступают на второй вход интегратора 2, на первь1й вход которого постоянно подключено образцовое напряжение Ug . В момент времени t2 напряжение на выходе интегратора 2 было равно нулю. К моменту времени ts оно достигает значения

$ получаем дТ 2 (1 5 ) о г т.е. при U - О, T= в зависимости от полярT ности преобразуемого напряжения длительность импульса на выходе преобразователя будет увеличиваться. или уменьшаться пропорционально значению преобразуемого напряжения. На точность преобразования не влияет коэффициент передачи KM модулятора 1 и дрейф интегратора 9, что особенно важно при преобразовании напряжения милливольтового диапазона.

Кроме того, в преобразователе отсутствуют переходные процессы при включении и изменении преобразуемого напряжения, так как он представляет собой разновидность развертывающей системы, в которой, как известно, процессы в соседних циклах преобразования протекают автономно,.независимо друг от друга.

UH(43 2)+ЬС(4 Ъ) 1)0 Т Р. 5) g,< С2 R„C2 2 .а с ат=о (5)

Уо

7 2

В момент времени t6 сработает блок 3 сравнения и по сигналу с блока 8 управления замыкается ключ 6 и ингегратор 2 находится в нулевом сосшоянии(U„<(t)= О+ e,(5,1д)) до поступления следующего импульса с выхода ключа 5, когда по сигналу с блока 8 управления ключ 6 разомкнется, разрешая интегрирование интегратору 2.

Из выражения (5) получается

Уи (3 4.)+00с(+Ф э) 1

Ьт= V Д .й

О Ь

Подставляя выражения (4) и (5) для пло- щади сигналов с выхода ключа 5 в частных циклах преобразования, получим ър (Яь к) т .„

1)0 1 3 6 N

И

ЯР Р ) „, (RR R) RR

110 Q.3 6 ® 3)Жб ДР(3 6) 7 -TUP R Q,6 k

Суммируя результаты преобразования в примыкающих частных циклах, получим ()» (Вб+Ръ)Р Т+аЬ М"7Т Т1 = (u,,R, > (RRRR)RR

Формула изобретения

Интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий модулятор, 30 первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной шине устройства

3$ и второму входу интегратора, а также блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам гехератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый, второй и третий выходы блока управ40 пения соединены соответственно с управляющими входами первого ключа, модулятора и второго ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, быстродействия и расширения функциональных возможностей, в него введены второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединен со своим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модуля$0 тор, второй интегратор, переключатель,дифференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом опорного напряжения, а управляющий вход переключателя подключен ко второму выходу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Евлаиов . О. Н., Харченко P. P. Линейные измерительные преобразователи постоянного

818006

ВНИИПИ Заказ 1479/79 Тираж 988 Подписное

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

7 напряжвния s частоту и длительность импульсов с импульсной обратной связью. — "Автометрия", 1966, N4 l.

2. Мартяшин А, И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерений. М., "Энергия", 1976, с, 65—

67 (прототип) .