Электроизмерительный прибор с трехпозиционным регулированием Советский патент 1985 года по МПК G01R19/165 

с целью повьппения функциональных возможностей, в него введены триггер задержки и фильтр нижних частот, а блок управления вьтолнен в виде постоянного программируемого запоминающего устройства и снабжен дополнительным выходом, который через фильтр нижних частот подключен к

170,366

тактовому входу триггера задержки, информационный вход которого подклю чен к первому выходу преобразователя сигналов, а выход - к второму входу второго элемента И, второй выход пре образователя сигналов,образованный разрядными выходами счетчика,под ключе и к адресным входам блока управления.

ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР С ТРЕХПОЗИЦИОННЬМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ, содержащий газоразрядную индикаторную панель, катоды которой связаны с выходами блока управления, а анод соединен с выходом формирователя анодного напряжения, преобразователь сигналов во временной интервал, первый и второй компараторы, одни входы которых соединены с выходами первого и второго регулируемых опорных источников и входами ; первого и второго ключей соответственно, другие входы компараторов соединены с входом третьего ключа и входом прибора, выходы первого, второго и третьего ключей соединены с входом преобразователя сигналов, вход четвертого ключа соединен с шиной питания, первый выход - с первым входом первого элемента И, второй выход - с первым входом первого элемента ИЛИ, причем замыкание четBepTord ключа на первый выход синфазно, а на второй выход противофазно замыканию третьего ключа, вторые входы первого элемента И и первого элемента ИЛИ соединены с выходом делителя частоты, вход которого соединен с выходом Сброс преобразователя сигналов и входом Сброс блока управления, третий вход первого элемента И соединен с выходом первого компаратора, третий вход первого элемента ИЛИ соединен с инверсным выходом второго компаратора, а выход - с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пер§ вого элемента И, выход второго элемента ИЛИ соединен с входом формиро(Л вателя анодного напряжения, первые входы первого элемента И и первого элемента ИЛИ через соответственно первый и второй резисторы подключены к общей шине прибора, причем ключи и первый элемент ИЛИ образуют логический блок выбора режима индикации, а преобразователь сигналов во временной интервал состоит из компаратора, генератора со тактовых импульсов, генератора стуCJ5 пенчато-пилообразного напряжения и О5 счетчика, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и первым входом генератора ступенчато-пилообразного напряжения, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда счетчика, образующему выход Сброс преобразователя, а выход - к второму входу компаратора, первый вход и выход которого образуют соответственно . вход и первый выход преобразователя отличающийся тем, что.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к электроизмерительным показывающим и регулирующим приборам, содержащим аналоговое оптоэлектронное отсчетное устройство. Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей прибора за счет обеспечения формиро вания практически любой передаточной характеристики, что необходимо, например, при измерении приборо выходного сигнала датчика, имеющего нелинейную передаточную характеристику (термосопротивление, термопара, мостовая измерительная схема и,т.д.), когда передаточную характеристику прибора формируют обра ной передаточной характеристикой датчика, обеспечивая тем самым полу чение на выходе прибора линейной шкалы. На фиг. 1 приведена блок-схема прибора с трехпозиционным регулированием на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу прибора при формировании нелинейной передаточной характеристики. Прибор содержит газоразрядную индикаторную панель 1, катоды которой связаны с выходами постоянного программируемого запоминающего устройства (ППЗУ) 2, а анод соединен с выходом формирователя 3 анодного напряжения. Преобразователь 4 сигна лов во временной интервал состоит из компаратора 5, генератора 6 такт вых импульсов, генератора 7 ступенч то-пилообразного напряжения и счетчика 8, вход которого соединен с вы ходом генератора 6 и первым входом входом генератора 7, второй вход которого подключен к въкоду старшего разряда счетчика 8, а выход к второму входу компаратора 5. Первый вход компаратора 5 является входом преобразователя 4. Выход компаратора 5 образует первый выход 9 . преобразователя 4. Выход старшего разряда счетчика 8 образует выход 10 Сброс преобразователя 4, а выходы остальных разрядов счетчика 8 образуют второй выход 11 преобразователя 4. Выходы 10 и 11 соединены с соответствующими входами Сброс и адресными ППЗУ 2. Прибор содержит также первый и второй компараторы 12 и 13, одни входы которых соединены с выходами первого и второго регулируемых опорных щеточников 14 и 15 и входами первого и второго ключей 16 и 17 соответственно. Другие входы компараторов 12 и 13 соединены с входом третьего ключа 18 и входом 19 прибора. Выходы ключей 16-18 соединены с входом преобразователя 4. Вход четвертого ключа 20 соединен с шиной 21 питания, первый выход этого ключа соединен с первым входом первого элемента И 22, второй выход - с первым входом первого элемента ИЛИ 23. Причем замыкание ключа 20 на первый выход синфазно, а на второй выход противофазно замыканию ключа 18. Вторые входы элементов И 22 к ИЛИ 23 соединены с выходом делителя 24 частоты, вход которого соединен с выходом 10 Сброса. Третий вход элемента И 22 соединен с выходом 25 компаратора 12, а третий вход элемента ИЛИ 23 соединен с инверсным выходом 26 компаратора 13. Выход элемента ИЛИ 23 соединен с первым входом второго элемента И 27, выход кото3

рого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 28, второй вход которого соединен с выходом элемента И 22. Выход элемента ИЛИ 28 соединен с входом формирователя 3 анодного напряжения. Ключи 16-18, 20 и элемент ИЛИ 23 образуют логический блок 29 для выбора режима индикации. Выход 30 ШТЗУ 2 соединен с .-годом фильтра 31 нижних частот, вькод которого соединен с входом 32 синхронизации триггера 33 задержки. Информационный вход 34 этого триггера соединен с первым выходом .9 преобразователя 4, а выход триггера 33 соединен с вторым входом элемента И 27. Выход 35 генератора 7 ступенчато-пилообразного напряжения соединен с входом компаратора 5. Выходы 36 - 39 ППЗУ 2 связаны соответственно с катодом сброса, катодами 1-й, 2-й и 3-й групп газоразрядной индикаторной панели 1. Панель 1 содержит большое количество (например 100) тесно примыкающих друг к другу катодом образуюгцих светоизлучающий столбец. Катоды объединены в три группы. Причем в начале светоизлучающего столбца перед первым катодом расположен катод сброса.

„ Первые входы элементов И 22 и ИЛИ 23 через соответственно первый и второй резисторы 40 и 41 подключены к общей шине прибора для задания на одном из них уровня логического нуля при подключении другого к шине 21 питания, т.е. к уровню логической единицы посредством ключа 20.

Для возбуждения газового разряда необходимо первоначально подать импульс на катод сброса, а затем подать последовательности импульсов на группы катодов, как показано на фиг. 2б,в,г,д, при этом каждому их этих соответствует направленное перемещение разряда на очередной соседний катод. Процесс возбуждения и направленного перемещения разряда повторяется с высокой частотой, в результате чего он воспринимается в виде неподвижно светящегося столбца.

Прибор работает следуюпщм образом.

На выходе 35 генератора 7 формирется ступенчато-пилообразное напряжение (фиг.2а), при этом каждая

03664

ступенька этого напряжения соответствует одному тактовому импульсу, формируемому генератором 6 тактовых импульсов . Последовательность

5 тактовых импульсов, проходя через счетчик 8, преобразуется в двоичный код, который через выходы 10 и 11- поступает на входы ППЗУ 2. ППЗУ преобразует этот двоичный код в

O импульсы, управляющие катодами газоразрядной индикаторной панели 1, при это1 на выходе 36 формируется импульс (фиг. 26), управляющий катодами сброса, а на выходах 37-39 - пачки иьшульсов (фиг. 2в, г.д), управляющие катодами первой, второй и третьей групп соответственно. Для формирования требуемой передаточной характеристики прибора режим работы элементов

0 преобразователя 4 и ППЗУ 2 выбирается таким образом, чтобы каждому выходному импульсу ППЗУ 2 соответст. вовало определенное количество ступенек пилообразного напряжения. Например, если последовательно изменять длительность выходных импульсов, как показано на фиг. 2б,в,г,д,

то может быть сформирована нелинейная передаточная характеристика, .. близкая к экспоненциальной. При этом чем больше общее количество ступенек пилообразного напряжения, тем меньше может быть получена погрешность аппроксимации экспоненциального закона. Так, если общее количество ступенек и 512, то максимальная погрешность аппроксимации равна

4„100% 0,098%,

что в большинстве случаев вполне приемлемо для прибора, индикат рньй столбец которого содержит1ЦО като-:

ДОВ..

Если же все выходные и fflyльcы ППЗУ имеют одинаковую длительность, то формируется линейная передаточная характеристика прибора.

Компаратор сравнивает измеряемое напряжение U со ступенчато-пилообразным и срабатывает в момент t при равенстве этих напряжений (фиг. 2а,в). Как видно из фиг. 2в, срабатывание компаратора 5 может произойти в начальной стадии выходного импульса, и если моменту t будет соответствовать срабатывание формирователя 3 анодного напряжения и гашение анода газоразрядной индикаторной панели 1, то BosHttKHBT неоднозначность отсчета, так как соответствующий э.тому выходному импульсу катод будет светиться нечетко, с мерцанием или прерывисто. Для того, чтобы этот нежелательный эффект отсутствовал, необходимо обеспечить гашение анода в момент Ц (фиг. 2в). С, этой целью на выходе 30 ППЗУ- 2 формируются импульсы (фиг. 2е), передний фронт которых осуществляет синхронизациго гашения анода. Однако особенностью любого ППЗУ является то, что в момент смены; входного кода на его выходах (в данном случа на выходе 30) возникают короткие им пульсы (не показаны), которые могут ложно восприниматься как синхронизирующие. Для подавления этих коротких импульсов предназначен фильтр 31 нижних частот. Таким образом, триггер 33 задерживает сигнал срабатывания компаратора 5 до момента окончания соответствующего вькодного иютульса, после чего формирует .сигнал гашения анода.

Работа остальных элементов прибора происходит следующим образом. Регулируемые опорные источники 14 1и 15 задают некоторые фиксированные уровни напряжения, соответствующие сигналам нижнего и верхнего уровней регулирования (верхний уровень Uj

всегда больше нижнего уровня U), которые поступают на соответствующи входы компараторов 12 и 13. На друг входы этих компараторов через вход 19 прибора поступает измеряемое напряжение U,. Режим работы компараторов 12 и 13 выбирается таким образом, чтобы при нахождении измеряемого напряжения в пределах установленной зоны регулирования (т.е. и ( ; и,) на выходе 25 имелся 0% а на выходе 26 - 1. В результате, если , то срабатьшает компаратор 12 и на его выходе 25 устанавливается 1. Если же и cU2, то срабатывает компаратор 13 и на его выходе 26 устанавливается О. Таким образом осуществляется функция трехпозиционного регулирования , поскольку всем трем положениям значения Uj относительно значений

и и и соответствуют различные ком бинации состояний выходов 25 и 26.

Прибор может работать в трех различных режимах индикации/ В первом режиме при помощи светоизлучающего столбца индицируется значение и, что позволяет оператору, обслуживающему прибор, установить требуемое значение нижнего уровня регулирования или проверить его значени Таким же образом во втором режиме индицируется значение U. В результате в первом и втором режимах благодаря соответствующей индикации устанавливается необходимая зона, в которой должно находиться значени и.. В третьем режиме при помощи, тог же самого светоизлучающего столбца индуцируется значение U и осуществляется сигнализация при выходе этого значения за пределы зоны, установленной в первом и втором режимах .

Ниже рассмотрена работа прибора в каждом из режимов, ,,

В первом режиме замкнут ключ 16, ключи 17 и 18 разомкнуты, а ключ 20 замыкает вход элемента ИЛИ 23 на шину 21 питания. Поскольку замкнут ключ 16, на вход преобразователя А в качестве измеряемого напряжения поступает U . При этом управление формирователем 3 осуществляется толко через вход элемента И 27, соединенный с выходом триггера 33 задержки, так как на выходе элемента И 22 постоянно сохраняется О (ввиду того, что на один из входов этого элемента подается О от выхода ключа 20), а на выходе элемента ИЛИ 23 постоянно сохраняется 1 (ввиду того, что на один из вхЬдов этого элемента подается 1 от шины 21 питания). Поэтому сигнал гашения, сформированный триггером 33, проходит через элемент И 27, элемент ИЛИ 28, формироватапь 3 и выключает питание анода газоразрядной индикаторной панели 1. В результате длина светящегося столбца этой панели соответствует значению и . .

Во втором режиме замкнут ключ 17 ключи 16 и 18 разомкнуты, а ключ 20 замыкает вход элемента JfflH 23 на шину 21 питания. В этом режиме работа устройства осуществляется

71

аналогично первому режиму. Разница заключается в том, что длина светящегося столбца соответствует значению U,| , поскольку l поступает на вход преобразователя 4 через ключ 17.

В третьем режиме кдючи 16 и 17 разомкнуты, ключ 18 замкнут, а ключ 20 замыкает вход элемента И 22 на шину 21 .питания. Работа прибора в этом режиме заключается в следующем.

Пример 1. . В этом случае в соответствии с вьшеизложенным на выходе 25 имеется О, на выходе 26 имеется 1, поэтому так же, как и в первом и втором режимах, на выходе элемента И 22 постоянно сохраняется О, а на выходе элемента ИЛИ 23 постоянно сохраняется 1, в результате чего управление форми.рователем 3 осуществляется через выход триггера 33. При этом, поскольку вход преобразователя 4 соединен через ключ 18 с входом 19 прибора, длина светящегося столбца соответствует значению U j.

Пример 2. . В этом случае на выходах 25 и 26 имеется . 1. Поэтому так же, как и в примере 1, осуществляется управление от выхода триггера 33. Кроме того, импульсы низкой частоты (2-10 Гц) с выхода делителя 24 частоты проходят через элемент И 22, ИЛИ 28, формирователь 3 и периодически выключают питание газоразрядной панели 1, вызьгеая тем самым мерцание светящегося столбца, длина которого

8

соответствует значению U . Такимобразом, осуществляется сигнализация, указьшающая, что .

Пример 3. U)(. В этом 5 случае на выходах 25 и 26 имеется О (следовательно, на выходе элемента И 22 постоянно сохраняется О).

€ выхода делителя 24 частоты на

О вход элемента ИЛИ 23 периодически поступают О, и на выходе элемента ИЛИ 23 также периодически формируется О (так как на остальных входах этого элемента постоянно

5 сохраняется О). В результате

периодически осуществляется запрет на прохождение через элемент И 27 Импульсов гашения с выхода триггера 33, что вызьгоает периодическое выклю0 ;Чение питания анода газоразрядной индикаторной панели 1 только после переноса разряда вдоль всей длины столбца. Поэтому значение U индицируется постоянно, а на остальной

5 части столбца возникает мерцание, которое сигнализирует о том, что и Uj.

Использование изобретения значительно расширяет область применения

прибора. Впагодаря тому, что имеется возможность формирования передаточной характеристики прибора с заданной нелинейностью, он может быть использован для измерения выходных сигналов различных нелинейных датчиков, так как обеспечивает компенсацию их нелинейности с высокой точностью.

ГР

I

LL

(

w

Z8

1

-J / П

27

I

I

i

з/Шзз

oj

JO

л

Фиг2