ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ Российский патент 1994 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано, в частности, в цифровых измерителях давления и других информационно-измерительных системах.

Известны двухтактные цифровые вольтметры, содержащие интегратор, выполненный в виде усилителя постоянного тока с индикатором в цепи обратной связи, выход которого соединен с входом нуль-органа, коммутатор измеряемого и опорного напряжений, подключенный к входу интегратора и через ключ - к общей шине, а также устройство компенсации дрейфа нуля, выполненное в виде ключа, выход которого подключен к входу интегратора и через запоминающий конденсатор к общей шине, а вход - к выходу нуль-органа (1).

Известны также двухтактные цифровые вольтметры, содержащие интегратор, выполненный в виде усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, выход которого соединен с входом нуль-органа, коммутатор измеряемого и опорного напряжений, подключенный к входу интегратора, устройство компенсации дрейфа нуля, выполненное в виде ключа, выход которого через резистор подключен к входу интегратора и через запоминающий конденсатор - к общей шине, а вход - к выходу нуль-органа (2).

Общим недостатком известных приборов является погрешность преобразования, вызванная наличием случайного напряжения помехи на запоминающем конденсаторе в момент окончания такта коррекции. Во время измерительных тактов это случайное напряжение вызовет появление случайной составляющей выходного сигнала (снижение разрешающей способности преобразователя), а так как условием нормальной работы преобразователя является непревышение суммы этой случайной составляющей и случайной составляющей, вызванной наличием напряжения помехи во входном сигнале ступени квантования, то исполь- зование таких преобразователей в приборах с высоким уровнем помех неопределенного спектра, таких например, как цифровые манометры, представляет определенные трудности в случае, когда необходимо обеспечить высокие значения дискретности.

Передаточная функция по ошибке W_ε(p), т.е. передаточная функция от выхода интегратора до выхода цепи коррекции, показывающая зависимость от напряжения помехи ε напряжения на запоминающем конденсаторе компенсации дрейфа будет иметь вид W_ε(p)= где Т - постоянная времени интегратора;
К - коэффициент усиления нуль-органа;
Т¹ - постоянная времени цепи компенсации дрейфа.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя за счет снижения случайной составляющей выходного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом измерительном преобразователе напряжения, содержащем интегратор, выполненный в виде усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, выход которого соединен с входом нуль-органа, входной коммутатор измеряемого и опорного напряжений, выходами подключенный к входу интегратора, устройство компенсации дрейфа нуля, выполненное в виде ключа, вход которого подключен к входу интегратора и через запоминающий конденсатор к общей шине, выход ключа устройства компенсации дрейфа нуля подключен к выходу интегратора. С целью повышения точности за счет уменьшения погрешности, связанной с дрейфом нуля интегратора по положению и дрейфа нуль-органа, введено дополнительное устройство компенсации дрейфа нуля, выполненное в виде ключа, вход которого через резистор подключен к входу нуль-органа и через запоминающий конденсатор - к общей шине, а выход соединен с выходом нуль-органа.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области такие признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена структурная схема цифрового измерительного преобразователя напряжения.

Устройство содержит коммутатор, состоящий из ключей 1, 2, 3, резисторов 4, 5, 6, интегратор, выполненный в виде усилителя 7 постоянного тока с конденсатором 8 в цепи обратной связи, нуль-орган 9, устройство компенсации дрейфа нуля, состоящее из ключа 10, резистора 11, запоминающего конденсатора 12; дополнительное устройство компенсации дрейфа нуля, состоящее из ключа 13, резистора 14, запоминающего конденсатора 15. При этом выходы ключей 1, 2, 3 объединены и через резисторы 4, 5, 6 подключены к входу усилителя 7 постоянного тока. Выход усилителя 7 соединен с входом нуль-органа 9, выход которого являющийся выходом преобразователя, подключен к выходу ключа 13. Вход ключа 13 через резистор 14 подключен к второму входу нуль-органа 9 и через запоминающий конденсатор 15 - к общей шине. Выход ключа 10 подключен к выходу усилителя 7. Вход ключа 10 через резистор 11 и резистор 16 подключен к входу усилителя 7 и через запоминающий конденсатор 12 - к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

В течение первого такта работы преобразователя ключ 1 замкнут, а все остальные ключи разомкнуты. При этом производится интегрирование измеряемого напряжения. Во втором такте замкнут ключ 2, а все другие ключи разомкнуты. При этом выходное напряжение интегратора в определенный момент достигается нулевого значения. Переход через нулевой уровень выходного напряжения нуль-органа 9 соответствует окончанию второго такта. Длительность этого такта пропорциональна измеряемому напряжению и преобразуется в цифровую форму.

После второго такта и до начала следующего измерения ключи 3, 10, 13 замкнуты, а ключи 1 и 2 разомкнуты. На конденсаторе 12 устанавливается напряжение, пропорциональное дрейфу усилителя 7 интегратора. При следующем цикле измерения напряжение на конденсаторе 12 обеспечивает подачу через резистор 11 на вход интегратора тока, компенсирующего дрейф.

Таким образом, напряжение компенсации поступает непосредственно с выхода интегратора и, следовательно, уровень помех на конденсаторе 12 будет значительно меньше.

Из передаточной функции
W_ε(p)=
видно, что частота среза (определяется постоянной времени Т¹) будет в К раз меньше, чем в известных приборах и, следовательно, степень подавления помехи с частотой (находящейся за частотой среза) будет приблизительно в К раз больше, чем в известных приборах без ухудшения быстродействия (определяемого постоянной времени Т).

Однако в данном случае происходит компенсация дрейфа нуля интегратора только по скорости, для компенсации дрейфа нуля интегратора по положению, а также для компенсации дрейфа нуль-органа 9 служит дополнительное устройство компенсации дрейфа нуля. В режиме коррекции на запоминающем конденсаторе 15 устанавливается напряжение, пропорциональное сумме дрейфов нуля интегратора и нуль-органа 9. При следующем цикле измерения напряжение на конденсаторе 15 обеспечивает подачу на вход нуль-органа 9 напряжения, компенсирующего дрейф.

Использование данного изобретения позволит создать простой цифровой измерительный преобразователь напряжения, случайная составляющая выходного сигнала которого значительно меньше, чем у известных приборов, и даст возможность организовать выпуск прецизионных помехозащищенных цифровых манометров.

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано, в частности, в цифровых измерителях давления. Сущность изобретения: измерительный преобразователь напряжения во временной интервал содержит коммутатор, в состав которого входят три ключа 1,2,3 и резисторы 4,5,6, интегратор, выполненный в виде усилителя 7 постоянного тока с конденсатором 8 в цепи обратной связи; нуль-орган 9, блок компенсации дрейфа нуля, состоящий из ключа 10, резистора 11, запоминающего конденсатора 12, дополнительный блок компенсации дрейфа нуля, аналогичный основному, и соответствующие связи между перечисленными узлами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ, содержащий интегратор, выполненный в виде усилителя постоянного тока с конденсатором в цепи обратной связи, выход которого соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с выходной клеммой, коммутатор, первый вход которого соединен с входной клеммой для подключения источника измеряемого напряжения, второй вход соединен с источником опорного напряжения, третий вход соединен с общей шиной, а выходы объединены и соединены с входом интегратора, блок компенсации дрейфа нуля, выполненный в виде ключа, выход которого через резистор соединен с входом интегратора и через запоминающий конденсатор с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, вход блока компенсации дрейфа нуля соединен с выходом интегратора. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности, вызванной дрейфом нуля нуль-органа, введен дополнительный блок компенсации дрейфа нуля, выполненный в виде ключа, вход которого соединен с выходом нуль-органа, а выход через резистор подключен к входу нуль-органа и через запоминающий конденсатор к общей шине.