Устройство коррекции нулевого уровня сигнала постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК G05B5/01 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различного рода электронных измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ/ элект- .рического сопротивления и т.д.

Цель изобретения - повьпиение точности устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 сигнала, переменный резистор 2, суммирующий усилитель 3, генератор k импульсов, счетчик 5 импульсов, декодирующую резистивную матрицу 6,, компаратор 7, переменньм резистор 8 индикатор 9 выходного сигнала, блок

10запуска, первьй и второй источники 11 и 12 постоянного напряжения, первый и второй источники 13 и 14 опорного напряжения, общие шины 15-17, резисторы 18-21, операционньш усилитель 22,

На чертеже ,р обозначает выходной сигнал декодирующей резистивной матрицы 6, U,,.,- выходной сигнал суммирующего усилителя 3, Ue выхоной сигнал источника 1 сигнала,Up - выходной сигнал второго источника опорного напряжения,

В качестве источника 1 сигнала может быть применен источник сигнала постоянного тока„

Последовательное соединение счетчика 5 импульсов и декодирующей ре- .зистивной матрицы 6 представляет собой цифроаналоговый преобразователь, . .

В состав первого источника 13 опорного напряжения входят источник

11постоянного, напряжения, переменный резистор 2 и общая тина 15.

В состав второго источника 14 олорного напряжения входят источник

12постоянного напряжения, переменный резистор 8 и общая шина 16,

В состав суммирующего усилитех(я 3 входят резисторы 18-21, операщон ный усилитель 22 и общая шина 17,

В варианте устройства, изобрагген ном на чертеже, индикатор 9 выходного сигнала подключен непосредственно к выходу суммирующего усилителя ), который должен для этого обладать необходимым коэффициентом уси .ления Ку, поскольку при усилении

сигнала после суммирующего усилите ля 3 может также возникнут- , откло-- нение сигна.па, которое невозможно скомпенсировать данным устройством,

Если необходимо получить более вы- - сокий уровень сигнала, после суммирующего усилителя 3 можно включить масштабный усилитель и его выход соединить с входом компаратора 7,

в этом случае коэффициент усиления Ку соответствует суммарному коэффициенту усиления суммирующего 3 и масштабного усилителей.

На входах суммирующего усилителя

3 одновременно присутствуют три . входных напряжения, В предлагаемом варианте на его инвертирующий вход подают напряжение коррекции , а на его неинвертир тощий вход - напряжения К от источника 1 сигнала и напряжение Up с выхода второго.источника 13 опорного напряжения, В результате этого на ввыходе суммирующего усилителя 3 образуется напрял ение j регистрируемое индикатором 9 выходного сигнала и определенное выражением:

, ,.

С1)

«и

3

Р

где U

- выходные сигналы ис-, точника 1 сигнала, источника 13 опорного напряжения и декодирую. щей резистивной матрицы 6.

Обычно для измерительных приборов при и О, должно быть также равно нулю или какой-либо заранее заданной постоянной величинеU . При , О из (1) следует:

-UP-U,,,.

(2;

Поскольку регулируемое .напряжение

U

р додается на неинвертирующии вход суммируюЕцего усилителя 3, то знак -. сохранен в формуле (2) для получения на выходе суммирующего усили-. теля 3 нулевого напряжения.

При и„,, 1/,, из (1) получают:

DblX 7

-и

---и

СЗ}

Практически L) на выходе сумми- рующего усилителя 3 получа рт изменеи.

.нием О на величину

К .

с Помощью

переменного резистора 2, при этом

112

выражение (3) принимает вид, аналогичный (2).

Если установить Up 0,4-0, т.е. около середины диапазона изменения корректирующего напряжения, то такое включение обеспечивает кор- ректировку уровня сигнала как в сторону его повышения, так и в сторону понижения.

При напряжении равном нулю или заданному U , которое подключено к первому входу компаратора 7, на другом его входе устанавливают с помощью переменного резистора 8 напряжение срабатывания так,что на Выход компаратора 7 образуется запрещающее напряжение. Это напряжение поступает, например, на вход Запрет счета счетчика импульсов 5, прекращая поступление импульсов от генератора 4 импульсов на счетчик 5 импульсов. При этом триггеры счетчика 5 импульсов стоят в положении, обеспечивающем на выходе декодирующей резистив- ной матрицы 6 напряжение 0,4- OJ - KOP MuKt ° ПР вьтолнении равенства (2) на выходе суммирующего усилителя 3 образуется напряжение и„,

DPlX 0. Если в это время на выходе источника 1 сигнала появляется сигнал и О, то после усиления суммирующим усилителем 3 его регистрирует индикатор 9 выходного сигнала, про- градуированньй в единицах измеряемого параметра-. Устройство коррекции во время измерения не включается.

Аналогично индикатор 9 выходного сигнала показывает сигнал при самопроизвольном дрейфе напряжения U, в сторону положительных значений. Если измерение в это время не производится, то для восстановления нулевых показаний включают блок 10 запуска, например, одновибратор, котррьй подает положительный импульс на вход Установка О счетчика 5 импульсов. При этом на выходах счетчика 5 импульсов образуется напряжение, равное логическому нулю, и напряжение на выходе декодирующей резистивной матрицы 6 возрастает до максимального «&« Если

5кор.г,ако.ис (), то исходя из равенства (1) получают и,. 0.

При Ugj, О срабатывает компаратор 7 и снимает сигнал запрета счета со счетчика-5 импульсов. Импульсы от генератора 4 импульсов начи0

0

s

нают поступать на.счетчик 5 импульсов,, на выходах которого образуется с каждым поступающим импульсом но- вьй логический код, поступающий на декодирующую резистивную матрицу 6, преобразующую код в ступенчато-изменяющееся напряжение, В данном случае необходимо ступенчато-уменьшающееся напряжение, получаемое соответствующим соединением выходов счетчика 5 импульсов и декодирующей резистивной матрицы 6. Напряжение У на выходе декодирующей резистивной матрицы 6 уменьшается, а напряжение Ugj,, на выходе суммирующего усилителя 3 возрастает, следовательно, до тех пор, пока U5,b,x не становится равным заданному значению. При этом срабатьшает компаратор 7, что прекращает счет. Код на выходе счетчика 5 импульсов, а следовательно, и , сохраняются до следующей корректировки.

Из (1) видно, что приращение нап- 5 ряжения коррекции paisHO приращению напряжения сигнала uUc .Из (4) следует, что, поскольку Up- У. 0,, то 0,5UKop.Mc. , т,е. устройство срабатывает, если уход сигнала и с не превышает 0, „, Диапазон изменения корректирующего напряжения выбирают исходя из реально возможного отклонения уровня сигнала. В случае измененияи в сторону отрицательных значений .

U.

сразу же становится меньЧпе за

данного, что приводит к срабатьтанию компаратора 7.

Первый же импульс на выходе ге- лератора 4 импульсов изменяет состояние триггеров счетчика 5 импульсов так, что двоичное число кода на его выходе возрастает на единицу. Декодирующая резистивная матрица 6 соответственно уменьшает свое выходное напряжение на величину, соот- ветствую1чую уровню квантования напряжения , который равен

ди и

ко Р . WCXKC

г

где

h- число триггеров счетчика 5

импульсов.

Выходной сигнал суммирующего усилителя 3 увеличится на величину К, . Импульсы поступают на счетчик 5 импульсов до тех пор, пока U не достигает заданного значения. Тогда компаратор 7 останавливает счет на

новом значении кода, которое хранится, пока не производится.очередная коррекщш то ли с помощью блока 10 запуска, то ли автоматически, при уменьшении уровня сигнала.

Обычно в качестве цифроаналогово- го преобразователя применяют декодиругапще резистивные матрицы типа К - - Иод воздействием напряжения с вьпсодов счетчика 5 импульсов включаются те или иные звенья декодирующей резистивной матрицы 6, вследствие пего меняется ее сопротивление При подключении источника 1 сигнала и декодирую1цей резистив-ной натриiiu 6 на один вход суммирующего у си- лителя 3, указанная матрица оказывается включенной параллельно нагрузке источника 1 сигнала,, в результате чего последний перегружается, В то же время включение нагрузки параллельно декодирующей резистивной матрице 6 нарушает линейность преобразования,

Поэтому желательно для развязки данных цепей подключать источник 1 и декодирующую резистквн то матрицу 6 к разным входам операционного усилителя.

Поскольку корректируздщее нзпряже- ю-ге и,,..,р является ступег-гчато-иименяюацшся,, то вследствие этого возника-- ел погрешность установки уровня сиг- зшла бых « Эта погрешность опреде™ ляется уровнем квантования выходного сигна.па U,,(,p декодирующей резис-- 7 квной матрицы 6 и линейностью ее преобразования. Линейность преобразо вания в свою очередь зависит от точности подбора резисторов декодирующей резистизной матрицы 6.

Применение интегральнглх деко,циру ющих резистивных матриц позволяет пренебречь погрвЕШостью подбора резисторов.

Погрешность 5 стройства вследстви квантования корректируюпгего напря™- жани.я определяется соотношением;

с ,. .iOtL

f- А 9

%,

где f относительная погрешность; h - число разрядное счетчи.ка 5

имлульсов

Отсюда для вось№1разрядного счетчика 0,19.5%5 что лгдовлетворяет

0

0

5

0

S

0

5

большинство измерительных приборов, Для повьшения точности установки мозкно прим:енить счетчики в десять и более разрядов.

Указанные отличительные особенности позволили повысить примерно в шест.ь раз точность предлагаемого устройства коррекции.

Испытания макета устройства для применения его для коррекции нуле- вьк показаний инфракрасного газоана- л.изатора показывают, что при проведении периодической коррекщ1И (1 раз в 6 ч) возрастает стабильность нуле- В.ЫХ показаний, причем ухода нулевого сигнала в область отрицательных значени.й не наблюдается.

Применение изобретения в газоанализаторе дает возможность повысить класс точности газоанализатора, Примеиевше изобретения в других из- м.Еритель.ных приборах позволит существенно повысить точность измерений, их оперативность, поскольку отпада ет необходимость проверки и установки нулевых показаний измерительного нр.ибора.

Ф о р м у л а изобретения

Устро.йство коррекции нулевого уровня сигнала постоянного тока, содержащее суммирующий усилитель, соединенный выходом с входом инд.икато- ра выходного сиг.нал7а и первым входом учомпаратора, первьм входом - с выходом источника сигнала, а вторьЕ-j входом - с выходом декодирующей резистивной .матрицы, подключенной входами к соответствующим выходам счетчика импульсов, соединенного счетным входом с выходом генератора им- пух ьсоЗу а входом Запрет счета - с выходом .компаратора, подхшюченно- го BTopiiM .входом к выходу первого .источника опорного напряжения, о т - л и чающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в нем дополнительно установлены второй источник опорного напряжения и блок запуска, соединенный выходом с входом Установка О счетчика импульсов, а второго источника опорного напряжения соединен с первым входом суммирующего усилителя.

Редактор Е.Папп

Составитель Ю.Гладков

Техред И.ПопоВИЧКорректор М.Максимипшнец

2131/46

Тираж 836Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий Г13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различного рода измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрического сопротивления и т.д.- В устройстве решается задача компенсации дрейфа нуля. При этом входной сигнал устройства суммируется с выходным сигналом первого источника опорного напряжения, а суммарный сигнал поступает на первый.вход суммирующего усилителя Выходной сигнал последнего поступает на вход индикатора и на первьш вход компаратора, в котором сравнивается с выходным сигналом второго источника опорного сигнала, Выходной сигнал компаратора поступает на вход Запрет счета реверсивного счетчика, на счетный вход которого поступает выходной сигнал гене-т ратора импульсов, а на вход Установка О - выходной сигнал блока запуска. Выходной сигнал реверсивного счетчика анализируется в декодирующей резистивной матрице, а результат сравнения поступает на второй вход суммирующего усилителя. 1 ил. I сл с: ю кэ о:) 4; о