Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t ai>957428 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.02.81 (21) 3251293/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.09.82. Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования описания 0709.82 1 М gj1 3

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

t$3) УДК 681. 325 (088.8) (72) Авторы изобретен (71) Заяв (54) ПРЕОБРР.ЗОВАТЕЛЬ НЕЗЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

В ЦИФРОВОЙ КОД

15

25

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при построении информационно-измерительных систем для измерения неэлектрических величин, работающих с резистивными датчиками в условиях значительных возмущающих помех.

Известны измерительные преобразователи напряжения, снимаемого с резистивного датчика, в цифровой код, построенные по методу двухтактного интегрирования с длительностью первого такта, равным или кратным периоду помехи (1).

Однако HY. существенными недостатками являются влияние на точностные характеристики,относитель но постоянных во времени помех (напряжение смещения усилителей, термо-ЭДС и т.д.), низкое быстродействие, а также снижение помехоустойчивости при отклонении частоты помехи от номинального значения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь неэлектрических величин в цифровой код, содержащий источник питания, выход которого через переключатель полярности подключен к входу питания преобразоза теля сопротивления в напряжение, выход последнего соединен с входом масштабирующего усилителя, два резистора, трехпоэиционный ключ, интегратор, выход которого через нульорган соединен с входом блока управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющЖ вхо- . дам переключателя т олярности и трех- . позиционного ключа.

В устройстве осуществляется полная компенсация напрях;ения смещения усилителей за счет определения длительности выходного интервала времени как суммы длительностей двух или любого четного полуциклов преобразования, произведенных при разных полярностях источника питания в цепи датчика. При выборе времени интегрирования То и интервала времени

E между двумя соседними циклами из- .мерения значительно меньшими чем период гармонической помехи, достигается также ослабление влияния последней в определенной мере (23.

Недостатком преобразователя является относительно низкий уровень подавления гармонической помехи, а также зависимость точности преобразо

957428 вания от стабильности параметров резисторов.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и точности.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь неэлектри- 5 ческих величин в цифровой код, содержащий источник питания, выход которого через переключатель полярности подключен к входу питания преобразователя сопротивления в напряжение, выход последнего соединен со входом масштабирующего усилителя, два резистора, трехпозиционный ключ, интегратор, выход которого через нуль-орган соединен со входом блока 15 управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам переключателя полярности трехпозиционного ключа, введены второй и третий трехпоэиционные ключи, первые, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с выходом масштабирующего усилителя, выходом источника питания и общей шиной, выходы первого и второго трехпозиционных ключей подключены через

25 первый и второй резисторы к.инвертирующему входу интегратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом третьего трехпоэиционного ключа, а управляющие входы второго и третьего трехпоэиционных ключей соединены соответственно с третьим и четвертыми входами блока управления.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 -З5 временные диаграммы его работы.

Устройство содержит переключатель

1 полярности, преобразователь 2 сопротивления в напряжение, масштабирующий усилитель 3, источник 4 питания, 40 трехпоэиционный ключи 5-7, резисторы

8 и 9, интегратор 10, нуль-орган 11, блок 12 управления.

На фиг.2 представлены временные диаграммы работы, где изображены,со- 45 ответственно, выходы ключей 5-7, выход интегратора 10 и выход нульоргана 11.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение- с источника 4 питания через переключатель 1 полярности поступает на одну иэ вершин диагонали питания измерительного моста. При этом подключение второй вершины диагонали питания к выходу операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а инвертирующий — с одной иэ вершин о измерительной диагонали, обеспечивает поддержайие в указанной вершине 60 измерительной диагонали потенциала, равному потенциалу на неинвертирующем входе усилителя, т.е. нулевому потенциалу. Такое включение позволя ет избавиться от необходимости использования гальванически развязанI ного источника питания.

Цикл работы преобразователя осуществляется в четыре такта. В первом такте ключи 5-7 устанавливаются соответственно в положение Е, Е, П, а полярность напряжения на выходе переключателя 1 полярности соответствует полярности выходного напряжения источника 4 питания. Во втором такте ключи 5-7 по сигналу с блока

12 управления устанавливаются соответственно в положение Ri, Ill,Е, а полярность напряжения на выходе переключателя 1 полярности меняется на противоположное. В третьем такте ключи 5-7 устанавливаются в положение «а,Х и ITI, а переключатель 1 полярности возвращается в исходное по.ложение.

Если представить выходное напряжение усилителя 3 как аддитивную смесь полезного сигнала U и сигнала помехи U, то напряжение на выходе интегратора 10 в момент времени t4 равно

u„u (R„+R ) 0 (R„+R<)

".М

0„

Toe To%

+R

Х т 1

ЯС ОЪ PC пi R ЯC Пl

О

03

1 — U .3t

R

О где R1 и Rg — сопротивление резисторов 8 и 9 соответственно;

С вЂ”, емкость интегратора

10;

То, — длительность i-го так-та, Uo — напряжение источника питания;

U напряжение. помехи в

i-том такте.

При равенстве То„= То = То —— выражение можно привести к виду (Р„+Р )

"п )= R R с оМх "o}- — ", „

1 Il 1 RR c j m6 — Ungdt=— е ) qс .Rд с

То т юЕ (Й0,+О Д+aU

В четвертом такте ключи 5-7 устанавливаются в положения II, II и и соответственно, т. е. пройсходит считывание напряжения, накопленного на интеграторе 10. Момент полной компен-5

957428 сации напряжения фиксируется нульорганом 11. В момент t имеем

I „()=-т, ц 1о„-о, Рьо, 0,(-, =O.

Отсюда определяем функцию преобразования устройства

lUx ILUTE R1 R 0.с

T„=(tS-t4)=ò — — т —

= о Оо Оо й„1Р,1 т.е. для Ux = +По/2 выходной интервал Т„изменяется на величину +То.

Погрешность из ерения от присутствия помехи определяется последним членом выражения. Если помеха на протяжении всего измерительного цикла постоянна, то дО и = О. Определяем модуль этого выражения для случая гармонической помехи Un= 13, з1п(ма+13) .

При равенстве R„= R> ,1 то 1т п

Йт„= зло(ш +Ч)ЗС-2 sin (см +ЧЦ + оо ът о тр "и

+ Sin (tdt. + Ч) Ж = gin ши„

v, о

0 х sin +Ч

Максимальное значение погрешности

Зато соответствует при sin (--у — — + Ч) =1, т.е. при Ч+ — — = + - (2n+1), отЗшТо куда Ч= «+ (2п+1) -3nfTo, где n—

О, 1, 2, 3....

Подставляя значение U = Ux= -, о и определяя при этом относительное изменение выходного интервала То, имеем зато

Б-т - т ! о ш о 1. или для помехоподавлении в логарифмическом масштабе 3ldTo й= 10Š— =-10Р

1 ьтх о 1 что составляет для сетевой помехи с Е = 50 Гц при То = 100.10 с не менее 72 дБ, т.е. более чем в 100 раз больше в относительных единицах, чем у прототипа. Нестабильность частоты помехи не оказывает большого влияния на помехоподавление (например, при изменении частоты в два раза помехоподавление снижается всего на

6 дБ).

I0

Формула изобретения

Преобразователь неэлектрических

I5 величин в цифровой код, содержащий источник питания, выход которого через переключатель полярности подключен к входу питания преобразователя сопротивления в напряжение, выход поЩ следнего соединен с входом масштабирующего усилителя, два резистора, трехпозиционный ключ, интегратор, выход которого через нуль-орган соединен .с входом блока управления, пер-.

25 вый и второй выходы KQTopoIО подключены к управляющим входам переключателя полярности и трехпозиционного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойЗО чивости и точности, в него введены второй и третий трехпозиционные клю,чи, первые, вторые и третьи входы которых соединены соответственно с выходом масштабирующего усилителя, выходом источника питания и общей шиной, выходы первого и второго трехпозиционных ключей подключены через первый и второй резисторы к инвертирующему входу интегратора, неинвертирующий вход которого соединен с

4О выходом третьего трехпозиционного клича, а управляющие входы второго и третьего трехпозиционных ключей соединены соответственнно с третьим и четвертым выходами блока управле45 ния.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

50 .

1. Прянишников В.A. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока °

"Энергия", 1976, с.253.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 639140, кл. Н 03 К 13/00, 1978 (прототип).