Преобразователь разбаланса резистивного моста в интервал времени Советский патент 1987 года по МПК H03M1/56 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике.

Цель изобретения - повьпиение точности .преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя разбаланса ре- зистивного моста в интервал времени; на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема преобразователя.

Преобразователь разбаланса резис- тивн-ого моста в интервал времени содержит источник 1 эталонного напряжения, ключ 2, конденсатор 3 и резистор

4времязадающего элемента, усилитель

5напряжения, первый 6 и второй 7 ре- зистивные мосты, являюп иеся датчиками преобразуемой информации, первый 8

и второй 9 дифференциальные усилители, компаратор 10, источник 11 опорного напряжения, шину 12 начала пре- образования, сигнал которой является сигналом Старт формируемого временного интервала, выходную шину 13, сигнал которой является сигналом Стоп формируемого временного интервала.

На эквивалентной схеме (фиг. 2) первый дифференциальный усилитель 8 представлен управляемым источником 14 напряжения, а второй дифференциальный усилитель 9 - управляемым источ- НИКОМ 15 напряжения.

Преобразователь разбаланса резис- тивного моста в интервал времени работает следующим образом.

Б исходном состоянии ключ 2 замк- нут, конденсатор 3 заряжен разностью напряжений источников 1 и 14. На выходах дифференциальных усилителей 8 и 9 имеются некоторые начальные уровни напряжений. Сигналом Старт с входа 12 ключ 2 размыкается на время протекания переходных процессов в схеме. Конденсатор 3 разряжается током i(t), величина которого определяется сопротивлением R резистора 4, коэффи- циентами разбаланса мостов б и 7, коэффициентами усиления усилителей 5 8 и 9 и собственной емкостью С конденсатора 3. Коэффициент j разбаланса резистивного моста равен отношению вы ходного напряжения к напряжению питания моста, значение его никогда не превосходит единицы. Для тензомоста коэффициент разбаланса пропорционален деформирую щему усилению, для об- щего случая резистивного моста - входному воздействию.В схеме можно выделить два контура усиления: усилитель 5 (коэффициент

усиления k) - ре зистивный мост 6 (коэффициент разбаланса у) - дифференциальный усилитель 8 (коэффициент усиления icj) с общим коэффициентом передачи и усилитель 5 - резистивный мост 7 (коэффициент разбаланса ) - дифференциальный усилитель 9 (коэффициент усиления k,) с общим коэффициентом передачи К . Эти контуры изображены на эквивалентной схеме штриховыми линиями управляющих воздействий для управляемых источников 14 и 15 напряжения. Напряжения этих источников соответственно равны

U,(t) (t) у, , U(t); Ui(t) K,,U(t) ),

где U(t) - напряжение на верхней обкладке конденсатора 3. Зависимость напряжения от параметров схемы может быть найдена решением дифференциального уравнения, описывающего переходной процесс разряда КС-цепи. Уравнение для цепи, представленной на фиг. 2, имеет вид

Ri(t)+U2(t)-U, (t)-Uc(0)+ ji(t)dt,

о

где U(-(0) - напряжение на конденсаторе в начальный момент времени,

Uc(0) Е - и(0) (1-К,)Е. (2); где i(t) - контурный ток,

.,. u(t)-U2(t) (1-Кг)у(О , . lu; - р- - ,,- -и;

Решив уравнение (1) получаем и(0 Е.ехр(-Ь| |с

(4)

Уравнение (4) описывает переходной процесс в схеме, изображенной на фиг,2,

Компаратор 10 сравнивает напряже- . ние (t) с выхода усилителя 5 (на фиг. 1 изображен в виде повторителя напряжения, т.е. k, 1).с опорным напряжением U , Е момент их равенства выдает сигнал Стоп на выход 13. Величину временного интервала Т между сигналами Старт и Стоп узнаем из уравнения (4), подставляя в него k,,U(t) и t Т

ехр

С ) J Pf i 1-К RC k,E

откуда

Rc, in ЬЕ . , ,

1-K2Uon l-Tjk kj

.RC In 15 .

Uori

(5)

Уравнение (5) является полным уравнением преобразования коэффициентов Ti 2 разбаланса резистивных мостов 6 и 7 в интервал времени Т. В fo

этом уравнении произведение RC In

представляет собой константу, поэтому зависимость Т f-,() является линейной, а зависимость Т f ,i(-r) - гиперболической. Функция Т f(,y) моделирует операцию вычисления част 1него - со сдвигом на единицу каждоТгго аргумента вдоль своей оси коорди-

нат и умножением их соответственно на константы и k,kj.

Получение результата преобразования в виде частного обеспечивает то, что мультипликативные компоненты пог- решности преобразования в числителе и знаменателе дроби компенсируют друг друга, вызывая увеличение точности и стабильности преобр азования в широком диапазоне дестабилизирующих воз- действий.

Формула изобретения

Преобразователь разбаланса резне- тинного моста в интервал времени, содержащий первый резистивный мост, первая вершина дагонали питания которого подключена к шине нулевого по

fo

.

(5 20

5 30

j тенциала, вершины измерительной диагонали подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя, компаратор, выход которого-является выходной шиной, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, введены второй резистивный мост, второй дифференциальный усилитель, усилитель напряжения, источник опорного напряжения, источник эталонного напряжения, вре- мязадающий элемент, выполненный на последовательно соединенных резисторе и конденсаторе, второй вывод резистора подключен к выходу второго дифференциального усилителя, второй вывод конденсатора подключен к выходу первого дифференциального усилителя, первые выводы резистора и конденсатора объединены с выходом ключа и входом усилителя напряжения, выход которого подключен к первому входу компаратора, к второй верщине диагонали питания первого резистивного моста и первой вершине диагонали питания второго резистивного моста,вторая вершина диагонали питания которого подключена к шине нулевого потенциала, вершины измерительной диагонали подключены к соответствующим входам второго дифференциального усилителя, при этом выход источника опорного напряжения подключен к второму входу компаратора, а выход источника эталонного напряжения подключен к информационному входу ключа, управляющий вход которого является шиной начала преобразования.

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в объектах промыптенной автоматики и в роботизированных комплексах. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Преобразователь содержит источник 1 эталонного напряжения, : , ключ 2, времязадающий элемент, выполненный на конденсаторе 3 и резисторе 4, усилитель 5, первый и второй ре- зистивные мосты 6, 7, первый и второй дифференциальные усилители 8, 9, компаратор 10, источник 11 опорного напряжения, шину 12 начала преобразования, выходную шину 13. Повышение точности достигается за счет устранения мультипликативных компонент погрешности преобразования, поскольку результат преобразования пропорционален отношению коэффи1щентов разбаланса первого и второго резистивных мостов. 2 ил. (Л Стоп 13 Старт 72 оо о ел 00 ел ел Фиг.1