ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 2007 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тока.

Известен преобразователь тока в частоту импульсов (а.с. СССР № 1211660, пр. 10.04.1984, кл. G01R 19/25), содержащий источник опорного напряжения, электронный коммутатор, интегрирующий конденсатор и блок управления, включающий пороговый элемент. Недостатком этого преобразователя является то, что интегрирующий конденсатор заряжается измеряемым током, а разряжается током, равным разности разрядного и измеряемого токов, чем обусловлена погрешность преобразования.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности преобразования.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе тока в частоту импульсов, содержащем источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом электронного коммутатора, интегрирующий конденсатор, пороговый элемент, электронный коммутатор выполнен из четырех электронных ключей, соединенных по схеме моста, в диагональ которого подключены интегрирующий конденсатор и входы порогового элемента, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами электронного коммутатора, другой вход которого является входом преобразователя, а прямой выход порогового элемента является выходом преобразователя.

При использовании предлагаемого преобразователя конденсатор заряжается и разряжается измеряемым током, чем достигается повышение точности преобразования.

На фиг.1 представлена схема преобразователя тока в частоту импульсов;

на фиг.2 - эпюры напряжений в предлагаемом преобразователе.

Преобразователь тока в частоту импульсов (фиг.1) содержит электронный коммутатор 1, включающий четыре электронных ключа 2, 3, 4, 5, соединенных по схеме моста. К первой стороне моста подключен источник 6 опорного напряжения, вторая сторона моста является входом преобразователя для подключения к источнику тока, в диагональ моста включен интегрирующий конденсатор 7. Параллельно интегрирующему конденсатору 7 подключены первый и второй входы порогового элемента 8, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами электронных ключей 2-5. При этом прямой выход порогового элемента 8 является выходом преобразователя.

Пороговый элемент 8 может быть выполнен в виде RS-триггера, R- и S-входы которого обладают высоким входным сопротивлением, а также гистерезисом, характерным для триггера Шмитта. На фиг.1 приведена схема возможной реализации порогового элемента 8 на КМОП-микросхеме типа К561ТЛ1. Электронные ключи 2-5 могут быть выполнены на КМОП-микросхеме типа К561КТ3.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

Пусть измеряемый ток I источника тока имеет отличную от нуля величину, постоянную во времени. В исходном состоянии в момент времени t₀ (фиг.2) на прямом выходе порогового элемента 8 присутствует напряжение логического нуля, на инверсном выходе - логической единицы. Тогда электронные ключи 2, 5 находятся в закрытом состоянии, а электронные ключи 3, 4 - в открытом состоянии. Интегрирующий конденсатор 7 заряжается по цепи: источник 6 опорного напряжения, электронный ключ 4, интегрирующий конденсатор 7, электронный ключ 3, источник тока. Ток заряда конденсатора 7 равен измеряемому току I источника тока. Напряжение U₁ на первом входе порогового элемента 8 равно напряжению источника 6 опорного напряжения U_оп, а напряжение U₂ на втором входе порогового элемента 8 снижается по мере заряда интегрирующего конденсатора 7. В момент времени t₁ напряжение U₂ достигает уровня напряжения переключения порогового элемента 8 по второму входу U_пор2, пороговый элемент 8 переключается, и на его прямом выходе появляется напряжение логической единицы, а на инверсном выходе - логического нуля, электронные ключи 3, 4 закрываются, а электронные ключи 2, 5 открываются. Напряжение заряженного конденсатора 7, равное U_оп-U_пор2, суммируясь с напряжением источника 6 опорного напряжения, прикладывается к первому входу порогового элемента 8. В интервале времени t₁-t₂ ток I идет через конденсатор 7 в противоположном направлении, в отличие от интервала времени t₀-t₁, при этом напряжение U₁ на первом входе порогового элемента 8 изменяется от 2U_оп-U_пор2 до напряжения переключения порогового элемента 8 по первому входу U_пор1. В момент времени t₂ происходит переключение порогового элемента 8, напряжение заряженного конденсатора 7, равное U_оп-U_пор1, суммируясь с напряжением источника 6 опорного напряжения, прикладывается ко второму входу порогового элемента 8. В интервале времени t₂-t₃ ток I идет через конденсатор 7 в противоположном направлении, в отличие от интервала времени t₁-t₂, при этом напряжение U₂ на втором входе порогового элемента 8 изменяется от 2U_оп-U_пор1 до U_пор2. Состояние преобразователя в момент времени t₃ совпадает с состоянием преобразователя в момент времени t₁, следовательно, период Т колебаний напряжения U₃ на выходе преобразователя равен длительности временного интервала t₁-t₃. В интервале времени t₁-t₂ напряжение на конденсаторе 7 изменяется на величину 2U_оп-U_пор2-U_пор1. В интервале времени t₁-t₃ напряжение на конденсаторе 7 изменяется на ту же величину, следовательно, длительности временных интервалов t₁-t₂ и t₂-t₃ равновелики, то есть эпюра напряжения U₃ имеет форму симметричного меандра. Период Т определяется током I по следующей формуле:

где С - емкость интегрирующего конденсатора 7.

Частота импульсов f на прямом и инверсном выходах порогового элемента 8 определяется выражением:

Таким образом, частота импульсов f прямо пропорциональна величине измеряемого тока I, при этом заряд и разряд интегрирующего конденсатора 7 осуществляется измеряемым током I путем изменения направления тока I, чем обеспечивается точность преобразования.

Достоинством устройства является то, что выходное напряжение U₃, при заданной величине измеряемого тока I, имеет форму симметричного меандра, несмотря на то, что обычно U_пор1≠U_пор2 вследствие разброса параметров элементов схемы.

Предложенное изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тока. Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение точности преобразования. Преобразователь тока в частоту импульсов содержит источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом электронного коммутатора, интегрирующий конденсатор и пороговый элемент. При этом электронный коммутатор выполнен из четырех электронных ключей, соединенных по схеме моста, в диагональ которого подключены интегрирующий конденсатор и входы порогового элемента, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами электронного коммутатора, другой вход которого является входом преобразователя, а прямой выход порогового элемента является выходом преобразователя. 2 ил.

Преобразователь тока в частоту импульсов, содержащий источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним входом электронного коммутатора, интегрирующий конденсатор, пороговый элемент, отличающийся тем, что электронный коммутатор выполнен из четырех электронных ключей, соединенных по схеме моста, в диагональ которого подключены интегрирующий конденсатор и входы порогового элемента, прямой и инверсный выходы которого соединены с управляющими входами электронного коммутатора, другой вход которого является входом преобразователя, а прямой выход порогового элемента является выходом преобразователя.