Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредствм емкостных, резистивных или индуктивных датчиков.
Известен способ измерения RLC-параметров, основанный на измерении длительностей переходных процесов в RL- или RC-измерительных цепях, заключающийся в том, что на измерительную цепь подают калиброванное напряжение, сравнивают напряжение переходного процесса с частью калиброванного напряжения, в момент равенства изменяют полярность указанных напряжений, измеряют суммарный интервал времени известного числа циклов перезаряда реактивного элемента цепи (а.с. СССР 360624, кл. G 01 R 27/26).
Недостатком способа является наличие нескомпенсированной погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе формирования интервала времени.
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения параметров дифференциальных преобразователей, основанный на подаче в измерительную цепь, образованную первым элементом дифференциального преобразователя, изменяющегося во времени возмущающего воздействия, подаче во вторую измерительную цепь, образованную вторым элементом преобразователя, второго, не равного первому, возмущающего воздействия, формировании интервала времени между началом подачи воздействий и моментом равенства сигналов реакции измерительных цепей на возмущающие воздействия, по которому определяют измеряемые параметры (а.с. СССР 767666, кл. G 01 R 27/02).
Недостатком способа является наличие нескомпенсированной погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе формирования интервала времени. Кроме этого, область использования способа ограничена только дифференциальными датчиками.
Технический результат состоит в повышении точности измерения параметров элементов R, L, C-цепей за счет уменьшения погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе формирования интервалов времени.
Технический результат достигается тем, что в измерительную цепь подают возмущающее воздействие, изменяющееся в функции времени, имеющей по меньшей мере одну пару участков с известными характеристиками, каждый из которых содержит два линейных возмущающих участка, одновременно формируют соответствующий паре опорный сигнал, изменяющийся в функции времени, имеющей линейные опорные участки, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного возмущающего участка пары и имеет соответствующую для каждого участка характеристику, обеспечивающую во всем расчетном диапазоне измерений разные знаки разностей величин сигналов сигнала реакции измерительной цепи на возмущающее воздействие и опорного сигнала в моменты времени начала и конца соответствующего линейного возмущающего участка, сигнал реакции измерительной цепи на возмущающее воздействие в пределах интервалов времени первого и второго линейных возмущающих участков пары сравнивают с опорным сигналом, при этом между моментами равенства сигналов формируют интервал времени, затем сравнение этих сигналов осуществляют в пределах интервалов времени третьего и четвертого линейных возмущающих участков пары, при этом формируют второй интервал времени, определенный между моментами равенства сравниваемых сигналов, для сформированных интервалов времени или их эквивалентов, выраженных в форме другой физической величины и полученных путем линейного однообразного преобразования интервалов, находят разность, которую используют для определения величины измеряемого параметра.
Для измерительных цепей, состоящих из последовательно соединенных емкостных или резистивных элементов в качестве возмущающего воздействия используют напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей линейные возмущающие участки, крутизна которых отлична от бесконечности и нуля, формируют линейные опорные участки с нулевой крутизной, сигнал реакции измерительной цепи снимают с выводов одного из элементов цепи в виде напряжения. Для цепи, состоящей из двух параллельно соединенных индуктивных элементов, в качестве возмущающего воздействия используют изменяющийся ток с линейными возмущающими участками ненулевой крутизны, формируют опорный сигнал в виде тока с линейными участками нулевой крутизны, а сигнал реакции снимают в виде тока на выводе одного из элементов цепи. Для цепей, состоящих из одиночных емкостного, резистивного или индуктивного элементов, в качестве возмущающих воздействий используют соответственно для емкостной цепи - напряжение с линейными возмущающими участками ненулевой и не равной бесконечности крутизной, для резистивной цепи напряжение или ток с участками ненулевой крутизны, для индуктивной цепи ток с участками ненулевой крутизны, в качестве опорного сигнала используют для емкостной цепи сигнал тока с линейными участками нулевой крутизны, для резистивной цепи сигнал соответственно тока или напряжения с линейными участками нулевой крутизны, для индуктивной цепи сигнал напряжения с линейными участками нулевой крутизны, а сигнал реакции измерительной цепи снимают для емкостной цепи в виде тока, для резистивной цепи соответственно в виде тока или напряжения, для индуктивной цепи в виде напряжения, причем во всех этих случаях выбирают характеристики первого и второго участков пары одинаковыми.
В варианте реализации способа для резистивной цепи, состоящей из двух последовательно соединенных элементов, в качестве возмущающего воздействия используют напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей первый и второй участки пары с равной длительностью и линейные возмущающие участки с нулевой крутизной, формируют опорный сигнал с одинаковыми на интервалах времени первого и второго участков пары характеристиками и линейными опорными участками ненулевой крутизны, а сигнал реакции измерительной цепи снимают с выводов одного из элементов цепи в виде напряжения.
На фиг. 1 показаны графики возмущающего воздействия и совмещенный график сигналов сигнала реакции измерительной цепи на возмущающее воздействие и опорного сигнала; на фиг. 2 структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 структурная схема варианта устройства.
Сущность изобретения рассмотрена на примере вариантов способа.
Согласно способу в измерительную цепь подают возмущающее воздействие. Возмущающее воздействие может быть подано в измерительную цепь путем подключения выводов цепи к источнику изменяющегося во времени тока или напряжения. Также применим источник возмущающего электрического сигнала, эквивалентная схема замещения которого содержит источники тока, напряжения и однородные с элементами измерительной цепи элементы. В последнем случае электрический сигнал возмущающего воздействия на выводах измерительной цепи не определен в полной мере характеристикой тока или напряжения, а характеризуется их совокупностью. В то же время характеристики участков функции возмущающего воздействия в виде электрического сигнала для любой из составляющих сигнала - тока или напряжения для расчетных величин параметров элементов измерительной цепи при известных элементах схемы замещения источника возмущающего воздействия известны. Если рассматривать в качестве возмущающего воздействия одну из составляющих электрического сигнала, например напряжение на выводах измерительной цепи, а характеристики этой составляющей в рамках заданного диапазона измерений соответствуют всем ограничениям, налагаемым на характеристики участков функции изменения во времени возмущающего воздействия, то технический результат способа в этом случае идентичен результату, когда функция возмущающего воздействия может быть полностью выражена функцией изменения во времени этой составляющей. В связи с этим в примерах вариантов способа рассмотрены только те возмущающие воздействия, функции изменения которых полностью описываются в отдельности функциями тока или напряжения, а варианты способа с другими типами возмущающих воздействий могут быть приведены (доказана их эквивалентность) к описанным ниже вариантам или аналогичным по типу возмущающих воздействий вариантам способа.
График возможной функции возмущающего воздействия в виде напряжения Uв(t) показан на фиг. 1. Функция возмущающего напряжения имеет пару участков с известными характеристиками. Интервалы времени первого и второго участков пары обозначены соответственно τ1уч и τ2уч. Каждый из участков пары содержит два линейных возмущающих участка. Интервал времени первого линейного возмущающего участка пары обозначен τ1л, второго τ1л, третьего τ3л, четвертого τ4л. Одновременно с возмущающим сигналом формируют опорный сигнал, соответствующий паре. График изменения этого сигнала в функции времени обозначен UОП(t). Функция имеет линейные опорные участки, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного возмущающего участка пары. Опорный сигнал сравнивают с сигналом Up(t) реакции измерительной цепи на возмущающее воздействие, при этом между моментами равенства во время первого участка пары формируют первый τ1и, а во время второго участка второй τ2и интервалы времени. Для сформированных интервалов или их эквивалентов находят разность.
Для разности сформированных интервалов времени справедливо равенство
где τ1см, τ2см интервалы времени между началами первого и второго, третьего и четвертого линейных возмущающих участков пары соответственно;
τ1п, τ2п, τ3п, τ4п интервалы времени между началами линейных возмущающих участков пары и моментами равенства сигналов сигнала реакции измерительной цепи и опорного сигнала соответственно для первого, второго, третьего и четвертого линейных возмущающих участков.
Для измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных резистивных элементов, в случае использования в качестве возмущающего воздействия напряжения, изменяющегося в функции времени, имеющей линейные возмущающие участки с ненулевой крутизной, формирования опорного сигнала в виде напряжения с линейными опорными участками, имеющими нулевую крутизну и снятия сигнала реакции в виде напряжения с выводов одного из элементов цепи (с выводов образцового элемента), разность интервалов с учетом выражения (1) равна
где Rxt1, Rxt2, Rxt3, Rxt4 мгновенные значения сопротивления элемента измерительной цепи в моменты времени равенства сигналов во время первого, второго, третьего и четвертого линейных возмущающих участков соответственно;
RОБР сопротивление образцового элемента цепи;
α1, β1, α2, β2, α3, β3, α4, β4 коэффициенты, зависящие от характеристик соответствующих линейных возмущающих и опорных участков.
Например, для первого линейного возмущающего участка коэффициенты равны
где U1ОП величина напряжения первого линейного опорного участка пары;
U1ВН, U1ВК величины напряжений соответственно в начале и конце первого линейного возмущающего участка пары;
τ1л длительность первого линейного возмущающего участка пары.
Следовательно, в случае постоянства параметров цепи во время измерения разность сформированных интервалов времени линейно связана с отношением сопротивлений элементов измерительной цепи.
Несложно подобрать наборы характеристик возмущающих и опорных участков для других типов измерительных цепей, при которых также справедлива линейная зависимость между разностью сформированных интервалов времени и величинами параметров элементов измерительной цепи.
Для измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных емкостных элементов, в качестве возмущающего воздействия предлагается использовать изменяющееся в функции времени напряжение с линейными возмущающими участками, крутизна которых отлична от бесконечности и нуля, формировать линейные опорные участки с нулевой крутизной и снимать сигнал реакции измерительной цепи с выводов одного из элементов цепи в виде напряжения, при этом разность интервалов времени линейно связана с отношением емкостей элементов измерительной цепи. Для цепи, состоящей из двух параллельно соединенных индуктивных элементов, в качестве возмущающего воздействия предлагается использовать изменяющийся ток с линейными возмущающими участками ненулевой крутизны, формировать опорный сигнал в виде тока с линейными участками нулевой крутизны, а сигнал реакции снимать в виде тока на выводе одного из элементов цепи. В этом случае разность интервалов линейно связана с отношением индуктивностей элементов цепи. Для цепей, состоящих из одиночных емкостного, резистивного или индуктивного элементов, предлагается использовать в качестве возмущающих воздействий для емкостной цепи изменяющееся напряжение с линейными участками с отличной от нуля и бесконечности крутизной, для резистивной цепи напряжение или ток, для индуктивной цепи ток с участками ненулевой крутизны. В качестве опорного сигнала для емкостной цепи сигнал тока с линейными участками нулевой крутизны, для резистивной цепи сигнал соответственно тока или напряжения с линейными участками нулевой крутизны, для индуктивной цепи сигнал напряжения с линейными участками нулевой крутизны. Сигнал реакции измерительной цепи предлагается снимать для емкостной цепи в виде тока, для резистивной цепи соответственно в виде тока или напряжения для индуктивной цепи в виде напряжения. В этих случаях разность интервалов времени для емкостной цепи линейно связана с емкостной проводимостью элемента цепи, для резистивной цепи в первом случае с сопротивлением, а во втором случае с проводимостью резистивного элемента, для индуктивной цепи с обратной величиной индуктивности элемента цепи. Характеристики первого и второго участков пары во всех этих случаях предлагается выбрать одинаковыми.
В варианте реализации способа для резистивной цепи, состоящей из двух последовательно соединенных элементов, в качестве возмущающего воздействия предлагается использовать напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей первый и второй участки пары с равной длительностью и линейные возмущающие участки с нулевой крутизной, формировать опорный сигнал с одинаковыми на интервалах времени первого и второго участков пары характеристиками и линейными опорными участками с ненулевой крутизной, а сигнал реакции измерительной цепи снимать с выводов одного из элементов цепи в виде напряжения. В этом случае разность сформированных согласно способу интервалов времени линейно связана с отношением сопротивлением одного из элементов и суммы сопротивлений элементов измерительной цепи.
Следует отметить, что возможны другие комбинации характеристик участков функции возмущающего воздействия и опорного сигнала для рассмотренных цепей и соответствующих возмущающих воздействий.
Также возможно использование в качестве возмущающих воздействий для емкостной цепи тока, а для индуктивной цепи напряжения. В этих случаях напряжение на емкостной цепи или ток в индуктивной цепи к моментам времени начал линейных возмущающих участков однозначно не определены. Поэтому эти величины к моментам начал первого и второго участков пары необходимо привести к известным значениям. Это может быть реализовано, например, путем полного разряда емкостных или индуктивных элементов. В случае использования первого и второго участков пары с одинаковыми характеристиками, достаточным условием является приведение этих величин к одинаковым значениям.
При выборе характеристик опорных участков необходимо обеспечить для первого и второго формируемых интервалов времени не равную чувствительность к изменению измеряемого параметра цепи, а также гарантированное для всего расчетного диапазона измерений изменение знака разности сигналов сигнала реакции измерительной цепи и опорного сигнала при их сравнении в пределах интервалов времени соответствующих линейных возмущающих участков. Расчет характеристик участков с учетом этих условий не представляет сложности.
Нахождение разности интервалов времени или их эквивалентов согласно способу может быть осуществлено путем формирования сигнала напряжения, суммарная длительность импульсов которого линейно связана с разностью интервалов или путем линейного преобразования интервалов в их эквиваленты, выраженные в виде другой физической величины, например цифрового кода, для которых затем находят разность. В первом случае сигнал напряжения формируют, например, исходя из условия положительного логического уровня напряжения в интервале между моментами равенства сравниваемых напряжений на отрезке времени, покрывающем первый и второй линейные возмущающие участки, а на отрезке времени, покрывающем третий и четвертый линейные возмущающие участки пары из условия положительного логического уровня вне интервала времени между моментами равенства сравниваемых напряжений.
Интервалы времени могут быть преобразованы в цифровой код, напряжение или ток с помощью известных методов. Например, путем заполнения интервалов импульсами калиброванной частоты и подсчета количества этих импульсов.
При непрерывном режиме измерения периодически повторяющийся результирующий интервал времени в форме импульсного сигнала удобно использовать в качестве промежуточного сигнала в измерительных трактах различных датчиков, где применяется несколько каналов преобразования "R(L,C)-параметр интервал времени", а для нахождения измеряемой физической величины требуется производить несложные арифметические вычисления. По этой причине способ предлагается использовать преимущественно в приборах (датчиках) для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, резистивных или индуктивных датчиков, например, в приборе для измерения давления на основе датчика, использующего дифференциальный конденсатор.
В подобных датчиках используется алгоритм вычисления измеряемой физической величины, при котором изменение коэффициентов функции линейного преобразования измерительных каналов не оказывает влияния на результат измерения, достаточным условием является идентичность и линейность каналов преобразования. Поэтому долговременная нестабильность характеристик возмущающего и опорного сигналов не создает дополнительной погрешности. Кроме этого, при формировании интервалов времени для отдельно взятого канала преобразования скомпенсированы практически все обусловленные характерными неидеальностями современных радиоэлектронных компонентов погрешности, а именно скомпенсирована погрешность, обусловленная дрейфом "нулей" устройства сравнения (это несложно доказать для варианта способа, предлагаемого для различных измерительных цепей), а также, как будет показано ниже, скомпенсирована погрешность, обусловленная временными задержками прохождения сигналов в устройстве сравнения. Следовательно, несмотря на то, что для эквивалентной схемы измерения согласно предлагаемому способу необходимо использовать несколько каналов, в сравнении с прототипом точность измерения будет выше, поскольку эти погрешности в прототипе не скомпенсированы. Кроме этого, для использования полного компенсационного алгоритма вычисления измеряемой физической величины необходимо использовать минимум три канала преобразования параметров измерительных и компенсационных элементов датчика, которые не обязательно включены в дифференциальную схему, что, применительно к способу, описанному в прототипе, обесценивает весь положительный результат. Например, для реализации полного компенсационного алгоритма вычисления измеряемой физической величины с помощью дифференциально-конденсаторного датчика необходимо использовать два канала для преобразования емкостей обкладок дифференциального конденсатора и дополнительный канал для преобразования емкости компенсационного элемента. Дополнительный канал необходим для компенсации паразитных емкостей обкладок и одновременно компенсации погрешности, вызванной одинаковыми изменениями характеристик каналов.
Уменьшение погрешности измерения, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов, объясняется следующим.
Погрешности формирования первого и второго интервалов времени, обусловленные нестабильностью временных задержек прохождения сигналов в процессе сравнения сигналов сигнала реакции измерительной цепи и опорного сигнала имеют одинаковую величину и знак, так как сравнение может осуществляться с помощью одного устройства сравнения, что возможно в результате разделения во времени процессов сравнения, а характеристики устройства сравнения во время первого и второго участков пары существенно не отличаются друг от друга. Вследствие того, что результат измерения формируется путем вычитания этих двух интервалов или их эквивалентов, погрешности компенсируются.
В вариантах способа для различных измерительных цепей предложено использовать возмущающее воздействие, изменяющееся в функции времени, имеющей участки пары с одинаковыми характеристиками, линейные возмущающие участки с не равной нулю крутизной, а опорный сигнал формировать с линейными опорными участками с нулевой крутизной. В варианте для резистивной измерительной цепи предложено использовать в качестве возмущающего воздействия напряжение, изменяющееся в функции времени, имеющей первый и второй участки пары с равной длительностью, линейные возмущающие участки с нулевой крутизной, опорный сигнал с равными характеристиками в пределах первого и второго участков пары.
В этих случаях относительные скорости изменения сигналов сигнала реакции измерительной цепи и опорного сигнала вблизи моментов времени их равенства для соответствующих участков пары практически одинаковы. Следовательно, условия сравнения сигналов во время первого и второго участков пары отличаются друг от друга только уровнем синфазного сигнала, что обеспечивает максимальную степень компенсации указанной погрешности. Для радиоэлектронных компонентов, на основе которых может быть реализована функция сравнения сигналов операционных усилителей и компараторов характерна высокая степень подавления синфазного сигнала. Поэтому погрешность, обусловленную этим фактором, можно не учитывать.
Следствием компенсации погрешности формирования разности интервалов времени является уменьшение электропотребления, так как для реализации функции сравнения могут быть использованы микромощные радиоэлектронные компоненты, характеризующиеся большими задержками прохождения сигналов, а также нестабильностью этих задержек.
Для предлагаемого способа характерна дополнительная погрешность, обусловленная изменением во времени величины параметра элемента цепи. Анализ зависимости (2) показывает, что разность сформированных интервалов может отображать величину, отличающуюся от среднего значения параметра за время измерения. В то же время дополнительная погрешность может быть уменьшена или полностью исключена за счет суммирования разностей интервалов для нескольких пар.
Для доказательства рассмотрим непрерывный процесс измерения параметра элемента измерительной цепи, при котором функция возмущающего воздействия содержит серию периодически повторяющихся пар с одинаковыми характеристиками соответствующих участков. Предположим, что функция изменения параметра во времени является случайной по отношению к функции возмущающего воздействия, что является справедливым для большинства практических случаев. Для того чтобы это было справедливо всегда, предлагается формировать случайные интервалы между участками функции возмущающего воздействия. В этом случае среднее значение выборки мгновенных значений изменяющегося во времени параметра элемента цепи, определенных в моменты времени равенства сигналов во время первых линейных возмущающих участков пар, приближается к среднему значению измеряемого параметра. Это справедливо также для средних значений выборок измеряемого параметра во время вторых, третьих и четвертых линейных возмущающих участков пар. Из этого следует, что дополнительная погрешность, рассчитанная для среднего значения измеряемого параметра, с увеличением количества пар стремится к нулю.
На практике для отслеживания изменяющихся параметров элементов датчиков можно использовать режим измерения с нахождением среднего значения измеряемого параметра, так как величина постоянной времени изменения параметра элемента датчика, как правило, много больше, чем время единичного измерения. Поэтому дополнительная погрешность в этом случае несущественна и не является препятствием для использования способа.
Кроме этого, дополнительная погрешность способа может быть исключена за счет рационального выбора характеристик функций возмущающего воздействия и опорного сигнала, как предложено в описанном ниже варианте способа.
Измерение параметра элемента цепи согласно варианту способа осуществляют следующим образом.
На измерительную цепь, состоящую из двух последовательно соединенных резистивных элементов, подают возмущающее воздействие в виде изменяющегося во времени напряжения, имеющего вид серии периодически повторяющихся симметричных относительно напряжения среднего уровня треугольных импульсов, при этом смежные импульсы возмущающего напряжения образуют пары идентичных участков. Одновременно формируют опорный сигнал напряжения, образованный участками с нулевой крутизной или, что тоже самое, образованный участками с фиксированными во время этих участков напряжениями. Опорный сигнал сравнивают с сигналом напряжения на элементе измерительной цепи, при этом между моментами равенства сигналов во время первого импульса пары формируют первый, а во время второго импульса пары второй интервалы времени. Для каждой из пар величину фиксированного напряжения первого линейного опорного участка пары выбирают равной величине фиксированного напряжения второго линейного опорного участка пары, а величину фиксированного напряжения третьего линейного опорного участка выбирают равной величине фиксированного напряжения четвертого линейного опорного участка пары, причем величины фиксированных напряжений выбирают больше и меньше нуля на одну и ту же величину. Для сформированных интервалов времени или их эквивалентов для каждой пары находят разность.
В этом варианте способа разность сформированных согласно способу интервалов времени линейно связана со средним значением мгновенных значений сопротивления элемента цепи, определенных в моменты равенства сравниваемых напряжений. Это утверждение несложно доказать, если обратить внимание на то, что мультипликативные коэффициенты в выражении (2) в этом случае равны
α1 = -α2 = -α3= α4.
На фиг. 3 показана структурная схема устройства для измерения параметров, в котором реализован рассмотренный вариант способа.
Устройство содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом источника 2 возмущающего напряжения и с делителем 3 частоты на два. Выход делителя 3 частоты на два подключен к блоку 4 формирования сигнала опорного напряжения, а выход блока 4 связан с первым входом блока 5 сравнения напряжений. Второй вход блока 5 сравнения напряжений подключен к средней точке питающего напряжения. Выход источника 2 возмущающего напряжения связан с первым выводом измерительной цепи 6, второй вывод которой подключен к средней точке питающего напряжения, а третий и четвертый выводы подключены соответственно к четвертому и третьему входам блока 5 сравнения, выход которого соединен с вторым входом логического элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Первый вход элемента 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к выходу делителя 3 частоты, а выход элемента 7 подключен к входу блока 8 измерения интервалов времени.
Совместно с устройством может быть использована измерительная цепь 6 (фиг. 2), состоящая из последовательно соединенных резистивных элементов - резистивного датчика 9 и образцового резистора 10. Свободный вывод резистора 10 и свободный вывод датчика 9 связаны соответственно с первым и вторым выводами измерительной цепи. Третий и четвертый выводы измерительной цепи связаны с выводами образцового резистора с выводом, связанным с точкой соединения резистора 10 и датчика 9, и со свободным выводом резистора 10. При этом первый и второй выводы измерительной цепи образуют ее вход, а третий и четвертый выход.
Устройство работает следующим образом.
На вход источника 2 возмущающего напряжения с генератора 1 поступают импульсы прямоугольного напряжения. В простейшем случае источник 2 возмущающего напряжения представляет собой интегратор, выходной сигнал которого линейно нарастает и убывает под воздействием прямоугольного напряжения, подаваемого на его вход, генерируя тем самым серию периодически повторяющихся треугольных импульсов возмущающего напряжения. Генерируемые импульсы симметричны относительно напряжения средней точки, а величина их среднего напряжения равна нулю. Эти импульсы поступают на вход измерительной цепи 6. Напряжение на элементе измерительной цепи 10, подаваемое на третий и четвертый входы блока 5, в блоке 5 сравнения напряжений последовательно сравнивается с первым, вторым, третьим и четвертым фиксированными напряжениями, подаваемыми на первый и второй входы блока 5 сравнения с выхода блока 4 формирования сигнала опорного напряжения. На выходе блока 5 сравнения напряжений формируется сигнал напряжения, имеющий положительный логический уровень в интервалах между моментами равенства сравниваемых напряжений. Этот сигнал с выхода блока 5 сравнения поступает на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, на выходе которого формируется сигнал, равный входному во время линейных возмущающих участков каждого первого импульса и инверсный входному во время линейных возмущающих участков каждого второго импульса возмущающего напряжения, т. е. имеющий положительный логический уровень вне временного интервала между моментами равенства сравниваемых напряжений. Тем самым реализуется функция вычитания сформированных на выходе блока 5 сравнения временных интервалов. Логический сигнал с выхода элемента 7 подается на вход блока 8 измерения интервалов времени. На выходе блока 8 измерения интервала времени формируется сигнал, например, в виде цифрового кода, который линейно связан с суммарной длительностью импульсов положительного логического уровня, поступающих на его вход за время цикла измерения. Поскольку длительность импульсов положительного логического уровня, сформированных на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 7, линейно связана с величиной параметра элемента измерительной цепи (сопротивлением элемента датчика), выходной сигнал блока 8 измерения интервалов времени также линейно связан с величиной сопротивления элемента датчика.
Второй вариант устройства показан на фиг. 3.
Устройство содержит генератор 11 прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входами источника 12 возмущающего напряжения и делителем 13 частоты на два. Выход делителя 13 частоты на два подключен к блоку 14 формирования сигнала опорного напряжения, а выход блока 14 связан с первым входом блока 15 сравнения напряжений. Второй вход блока 15 сравнения напряжений подключен к средней точке питающего напряжения. Выход источника 12 возмущающего напряжения связан с первым выводом измерительной цепи 16, второй вывод которой подключен к средней точке питающего напряжения, а третий и четвертый выводы соответственно к четвертому и третьему входам блока 15 сравнения, выход которого соединен с входом блока 17 измерения интервалов времен и вычитания, управляющий вход которого соединен с выходом делителя 13 частоты на два.
Отличительной особенностью устройства по второму варианту является то, что в нем отсутствует элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а блок измерения интервалов времени дополнительно выполняет функцию вычитания измеренных интервалов времени. Для этой цели введена новая связь с выхода делителя 13 частоты на два на управляющий вход блока 17.
В описанных устройствах скомпенсирована погрешность, обусловленная нестабильностью задержек прохождения сигналов в блоке сравнения напряжений. Вследствие этого в устройствах можно использовать микромощные операционные усилители и компараторы, характеризующиеся большими временными задержками прохождения сигнала, а также нестабильностью этих задержек. При этом появляется возможность реализации измерительных приборов (датчиков) с автономным питанием от гальванических батарей в течение года и более.
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, резистивных или индуктивных датчиков. Технический результат, заключающийся в повышении точности измерения за счет уменьшения погрешности, обусловленной нестабильностью временных задержек прохождения сигналов, достигается за счет того, что на вход измерительной цепи подают возмущающее воздействие в виде напряжения или тока, изменяющееся в функции времени, имеющей по меньшей мере одну пару участков с известными характеристиками, каждый из которых содержит два линейных возмущающих участка, одновременно формируют соответствующий паре опорный сигнал, изменяющийся в функции времени, имеющей линейные опорные участки, каждый из которых определен в течение времени соответствующего линейного возмущающего участка пары, сигнал реакции измерительной цепи на возмущающее воздействие во время первого и второго линейных возмущающих участков пары сравнивают с опорным сигналом, при этом между моментами равенства сигналов формируют интервал времени, затем сравнение эти сигналов осуществляют во время третьего и четвертого линейных возмущающих участков пары, при этом формируют второй интервал времени, определенный между моментами равенства сравниваемых сигналов, для сформированных интервалов времени или их эквивалентов, выраженных в форме другой физической величины и полученных путем линейного однообразного преобразования интервалов, находят разность, которую используют для определения величины измеряемого параметра. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
| SU, авторское свидетельство, 767666, кл | |||
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
