Устройство для телеизмерений

 

аявитель приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ

Изобретение относится к телензмеренню н может быть нспользовано для прецнзнонных телензмернтельных систем, например, в метеорологнн.

Известны аналого-цифровые нзмернтельные устройства, содержащие аналогоцифровой преобразователь с автоматической коррекцией смещення характернстикн преобразователя от дестабилнзнрующнх факторов (1) .

Недостатком известных устройств является отсутствие компенсации нелинейности характернстикн преобразователя, что сннжаег точность его работы.

Наиболее блнэкнм по технической сущности к предложенному является устрой» ство для теленэмереннй, содержащее датчики и источник опорного напряжения, выходы которых соединены с первыми входами соответствуквцих первых ключей, генератор, выход которого подключен к счетному входу триггера, первый выход трнггера соединен с входом сдвнгакицего регистра, выходы которого подключены к

2 вторым входам соответствуюпнх первых ипочей, выходы которых объединены и соединены с первым входом второго zrnoча, выход которого через последовательно соединенные управляемый мультнвнбратор н частотомер подключен к первому входу блока сопряжения, выход которого через вычислительный блок соединен с входом канала связи, выход канала свяж подключен к второму входу блока со10 пряжения (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность теленамереннй.

1Ьль изобретения - повышение точвостн телензмереннй.

Поставленная цель достигается тем,. . чго в устройство для телензмереннй, содержащее датчики н источник опорного напряжения, выходы которых соединены с первымн входами соответствующих первых ключей, генератор, выход которого подключен к счетному входу триг гера, первый выход трнггера соединен с входом сдвнгающего регистра, выходы

3 05136 которого подключены к вторым входам соответствующих первых ключей, выходы которых объединены и соединены с первым входом второго ключа, выход котоРого через последовательно соединенные управляемый мультивибратор и частотомер подключен к первому входу блока сспряжения, выход которого через вычислительный блок соединен с входом канала связи, выход канала связи подключен к второму входу блока сопряжения, введены,третий ключи и источник напряжения смещения, первый вход третьего ключа соединен с выходами первых ключей, второй вход третьего ключа подключен к первому выходу триггере, xrrqpoN выход триггера соединен с вторым входом второго ключа, выход третьего ключа через источник напряжения смещения подключен к входу управляемого мультивйбратора, выход генератора соединен с третыж входом блока сопряжения.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма поясняющая его работу.

Устройство для телеизмерений содержит источник 1 опорного напряжения, датчики 2 и 3, источники 4 напряжения смещения, первые ключи 5 - 7, второй ключ 8, третий ключ 9, сдвигакиций регистр 10 триггер 11, генератор 12, управляемый мультивибратор 13, частотомер 14, блок 15 сопряжения, вычислительный блок 16, канал 17 связи.

Устройство работает следующим об3S разом.

Напряжение с выхода источника 1 опорного напряжения подается через замкнутые ключи 5 и 9 -на вход управляемого мультивибратора 13. На выходе муль ивибратора 13 формируется частота, пропорциональная напряжению 0 > . Частотомер 14 замеряет эту частоту и через блок 15 сопряжения код величины этой частоты вводится в память вычислитель45 ного 6пока 16. Одновременно в микропроцессор вводится код лндентификатор напряжения Uо °

При появлении первого импульса на выходе генератора 12 триггер 11 уста50 навливается в "1 . Ключ 8 закрывается, а ключ 9 открывается. При этом на вход управляемого мультивибратора 13 поступает напряжение о + с, где с— напряжение источника напряжения смещ

55 иия 4, так как источники 1 и 4 окасываются включенными последовательно. С выхода мультивибратора на вход частотомера поступает частота, пропорциональ0 ф ная напряжению Оо + Ос . С выхода частотомера 14 через блок 15 сопряжения в вычислительный блок 16 поступает код этой частоты. Одновременно в вычислительный блок вводится код-идентификатор напряжения О + tJ .. Этот код образовай в блоке 15 сопряжения подсчетом первого импульса с генератора 12.

При появлении второго импульса с генератора 12 триггер ll вновь устанавливается в "О», прк этом с перепадом из

«1» в 0" с этого триггера производится сдвиг 1 из первого разряда сдвигающего регистра 10 во второй. Ключ 5 закрывается, жюч 6 открывается. Наприкевие О, с выхода датчика 2 через открытый ключ 6 и открытый ключ 8 (ключ 9 закрыт) поступает на вход управляемого мультивибратора 13. На выходе этого мультивибратора частота пропорциональна напряжению с выхода датщпса 2. Код этой частоты r выхода чатотомера 14 через блок 15 сопряжения поступает в вычислительный блок 16. Од,новременно в вычислительный блок 16 поступает код-идентификатор напряжения датчика 2, образованный подсчетом второго импульса с выхода генератора 12.

По третьему импульсу с выхода генератора 12 триггер 11 устанавливается в 1", ключ 8закрывается,,ключ 9 открывается, на входе мультивибратора напряжение U< + (3С ° где 0< — напряжение на выходе датчика 2. Код частоты, пропорциональный этому напряжению, с выхода частотомера 14 через блок 15 сопряжения вводится в вычислительный блок 16. Одновременно в вычислительный блок из блока сопряжения вводится код-идентификатор этого напряжения, образованный — дскб = ом третьего импульса с выхода генератора 12.

По четвертому импульсу с выхода генератора 12 триггер 11 устанавливается в О, тем самым 1 из второго разряда регистра 10 сдвигается в третий раз ряд этого регистра, а в первых двух разрядах регистра 10 записаны О«.

Аналогично описанному выше в вычислительный блок вводится код частоты, соответствуккций 0, где 0 - напряжение на выходе датчика 3, и код-идентификатор этого напряжения, и напряжение

U + 0 с кодом идентификатором эта го напряжения - по пятому импульсу генератора 12. По пятому же импульсу генератора 12 триггер. 11 возвращается в

"O, l из третьего разряда с выхода регистра 10 переносится в первый раэS 95136 ряд этого регистра, а во втором к третьем разряде регксгра — "0".

В дальнейшем узлы устройства функционируют аналогично описанному выше.

На фит. 1 показано только два датчика, однако, очевидно, чго по показанному пяпщипу МОЖНО пОдключить 2l506oe кщпРизство датчиков» Покажем теперь чго при работе устройства точность измерения параметров окружающей среды . ие зависит от внешних факторов и от времени наработки устройства.

Как уже указывалось выше, источник

1 опорного напряжения имеет натгряженке

00, не завИсяшее практИчески от температуры и времени (параметрический стабилизатор). Величина этого напряжеam выбирается кз соотношения

0 -0 . У «0 510)(Ф1п

О N10+ 1 i (1) F f (0);

1=1Д,З, ..., Ь; (5) где 0» - напряженке на выходе 1-го датчика, к 0с, с,опав промежуток времени Dt - Ь1то можем записать где 0 - минимальное напряжение, ко1»11 П торое может поступать с датЧиковр

0 „, - максимальное напряжение, кс

25 торое может поступать с датчиков.

Точного выполнения равенства (1) добкваться не следует, т.е. источнику 04 не требуется делать точной регулировки.

Например, если источник опорного напряжения выполняется в виде параметрического стабилизатора из цепочки последовательно включенных стабилитронов, то равенства (1) добиваются с погреш- 3s ностью, равной номинальному напряжению на одном из стабилизатронов.

Коды частоты, поступающие в микропроцессор 16, связаны с выходными сигналами датчиков зависимостью 40

0 4 через tg . Применением быстродейству

1ае ело частотомера (например, с измере» нием за один период частоты) промежуток времени 44 *1 - „делаем стспь малым, что с высокой степенью точностк можно считать, что

У{О„,,Х) =Е{ » y)=f„(), (Ч где Х - параметры условий эксатуатапии в момент времени t . В самом депе, если частота на выходе управляемого мультивибратора 13 прк подключении минимального напряжения не ниже 100 ?Ъ, то напряжения с выходов нескольких десятков датчиков можно измерить за несколько секунд. За это время старением элементов к изменением условий эксплуатапик можно пренебречь.

На верхнем графике фиг. 2 показана

Функа1я f {,0.1 t„X „, ) в момент времени . На оси 0 нанесены несколько точек, которые соответствук)т выходным си(папам датчиков в момент времени

t.. Так как в вычислительный блок 16 заносились за время ht коды частот

F =. Р(,О„ „Х}; ltd) 45

% где F> частота на выходе управляемого мультивибратощ 13;

0 - налряженкя датчиков, 0 - напряженке ксточнкка 4 смешения„

- время;

Х - параметры, характеризующие условия эксплуатации (температура, влажность к др).

Обозначим момент измерения напряжения источника 1 через Ь1, а момент к:-влерения напряжения с выхода последнего (второго в нашем случае) датчика—

Прк большом числе датчиков параметров окружающей среды значения напряжений с кх выходсв расйределяются в границах характерист1ч(и Е,, (U ) по случайному зак оку, так что Отрезок характеристики между двумя леж4кпимк рядом точками можно считать лкнейкым. Наклон характеристккИ в каждой точке определяется

Из (6)

AFg

= К coo5t °

С

А так как в самом начале измерения получена тОчка о= 1РО) где Uo - опорное напряженке, 7 9513 то теперь нетрудно полу 1ить с высокой точностью рас4етную зависимость

Fp f14 01) и следовательно, расчетные значения U

Расчетная функция показана на нижнем графике (фиг. 2).

Таким образом, в вычислительном блоке 16 выполняотся фу11кции расчета напряжений по вводимым с бпока 15 со- 1в пряжения кодам. Tlo запросу из канала

17 связи на блок 15 сопряжения поступает команда запроса, блок сопряжения вводнт эту команду в мнкро-npoIIeccop, который начинает выдава1ь данные в ка- 1 нал 17 связи.

Техниксо экономический эффект пред-.

I1onaraeMoro изобретения закл1очается в повышении точности измерения. Ъ1ачитепьНо у11рощается настройка alIH&paT так и как не требуется точная регулировка и подгонка элементов. В отличие от извесъных устройств в предлагаемом при увеличении числа контролируемых параметров окружаюецей среды точность измерения увеличивается. Характерно, mo в предлагаемом устройстве точность IIoeMmaeTCR не путем применения высокоточных элементов (как IIpaasno дорогих и сложных в изготовлении) - напротив, точнос1ь предлагаемого устройства практически не зависит от точностных характеристик комплектующих элементов, что не только дает возможность. повысить точность измеренияг но, что не менее важно для ав

35 томатйческой аппаратуры, сохранить заданную точность в течение всего периода работы устройства."

Формула изобр етения

Устройство для телеизмеревий, содержащее датчики и источник опоРного на60: 8 пряжения, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих первых ключей, генератор, выход которого подключен к счетному входу триггера, первый выход триггера соединен с входом сдвигающего регистра, выходы которого подключены к вторым входам соответствукицнх первых ключей, выходы которых обьединены и соединены с первым входом второго ключа, выход которого через последовательно соединенные управляемый мультивибратор и частотомер подключен к первому входу блока сопряжения, выход кс горого через вычислительный блок соединен с входом канала связи, выход KBHBII& связи подключен к второму входу блока сопряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с IIeIIblo повышения точности телеизмерений, в устройство введены третий ключ и источник напряжения смещения, IIepeblN вход трeтьeгo ключа соединен с выходами первых ключей, второй вход третьего ключа подключен к первому выходу триггера, второй выход триг1 ера соединен с вторым входом второго ключа, выход третьего ключа через

ИстогПЫК На11РЯЖЕНИЯ СМЭЩЕНИЯ ПОДКЛЮЧЕН к входу управляемого мульти;екбратора, выход генератора соединен с третьим входом блока со11ряжеиия.

Источники инфоРма11ииг принятые во внимание при экспертизе

1. Балакай В. Г., Крюк И. П., Лукьянов Л. М., Интегральные схемы аналогоцифровых и цифро-аналоговых пуеобразователейг Мг «Энергия г 1978г с- 242

244, рис. 6-20.

2. Пшеничников A. М., Портнов М. Л.

Телемеханические системы на интегральных микросхемах, М., 1977, с. 175-180 армотип).

Составитель Е. Бакеев

Редактор H. Воловик Техред С.Мигунова Корректор М. Шароши

Заказ 5954/58 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г, Ухаород, ул, Проектная, 4