Устройство для преобразования параметров датчика в скважность импульсов Советский патент 1988 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях неэлектрических величин с помощью параметрических датчиков.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг.1 показана электрическая схема устройства; на фиг.2 - времен- ные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1, первый выход которого соединен с первыми входами двух схем 2 и 3 сравнения, выходы которых соединены с входами триггера 4. Вторые входы схем 2 и 3 сравнения соединены соответственно с выходами масштабирующего блока 5.

Измерительный преобразователь 1 выполнен на усилителе 6, выход которого является первым выходом измерительного преобразователя 1. Датчик 7 соединен с выходом усилителя 6 и другим выводом с двухполюсником 8, дру- РОЙ вывод которого соединен с входом усилителя 6. Точка соединения датчика 7 и двухполюсника 8 образует второй выход измерительного преобразователя 1. Вход усилителя 6 через двухполюс- ник 9 соединен с выходом первой схемы 2 сравнения.

Масштабирующий преобразователь 1 также выполнен на усилителе 10 и содержит делитель на резисторах 11 и 12 в цепи отрицательной обратной связи, а вход усилителя 10 через резистор 13 соединен с вторым выходом измерительного преобразователя 1,

Устройство работает следую цим об- разом.

Допустим, что датчик 7 с сопротивлением Хр выполнен по последовательной схеме замещения с активным R и индуктивным Lf параметрами.

Характер сопротивления Х, первого двухполюсника 8 и сопротивления X р2 второго двухполюсника 9 - катушек индуктивности L(j, на входе усилителя 6 и Lo2 включенной последовательно с датчиком 7 в цепь ООС усилителя 6, совпадает с характером сопротивления L X.

При включении питания благодаря наличию положительной обратной связи на выходе схем 2 и 3 сравнения появляются напряжения амплитудой U и U соответственно, например, отрицательные.

В этом случае сигнал усилителя 6 описывается выражением

u,,,(t).uBi-t.

04 Ьр,

Этот сигнал подается параллельно на входы схем 2 и 3 сравнения. Одновременно с второго выхода усилителя 6 (с элемента L ) напряжение, описываемое вьфажением

птз)г

и ,

Lot

подается на вход масштабирующего блока 5, имеющего коэффициенты передачи п, для сигнала, поступающего на второй вход схемы 2 сравнения, и п - для схемы 3 сравнения. При этом,

Х(мам)

если п, п, (1+-), то в мент равенства Lк

uLiLll.u.uRi,.n (1) LOI i- oi Ь

срабатьгоает схема 3 сравнения, ;а в момент равенства

ubilb - -nRi ,

LO LO, 4 LO,

(2)

срабатывает схема 2 сравнения и смняет полярность выходного сигнала. Далее процесс повторяется.

Из уравнений (1) и (2) получаем Т(п.-п Ьо2 Т 1 Гг 1 LX 1

4т- п п:г--1)

и т I

где Т г Т .

Если характер сопротивления второго опорного элемента совпадает с сопротивлением R, элемента схемы замещения датчика, то в этом случа (при п п, 1)

и С t) ubJi- u-Ji t

vnrs t; U t,

a на вход масштабирующего блока 5 подается сигнал

птз ( t.

Условия срабатывания схем 2 и 3 сравнения записываются в виде

„Li..T R...,

-Of

LO,

,Ь1...,.

01

LO,

01

Откуда следует R«

Т / R;; 1

4Т ,

П д-П,

(3)

. -I.).

R,,(n,-n,)-4

Т т 4Т RoiCnj-n,)

С учетом влияния конечного значения коэффи1р{ента усиления (А/с) усилителя 6 условия равенства сигналов на входах схем 2 и 3 сравнения в случае двух двухполюсников Lg, и LQ после разложения экспоненциально составляющей в ряд Тейлора и ограничиваясь двумя членами разложения (как и ранее) записываются в виде

UACLilLoil +yARxTxLoi(ll;A)

Uo, (1+A)+ci,-i-Loj

O(+A}+L +LOI

(1+A)+L +LoiP (4)

yAaj -t-L2;j)+yAI T,L HA) -

L( +A) +L ,+L p2 L оД 1 +A) +L ,

UAL

L d+Aj+L.+Lr,

Из уравнений (4) и (3) следует, что погрешность преобразования от действия рассматриваемого фактора по параметру LX равна НУЛЮ, а по RX

УЬо1

Г 1+А Так, например, при Ly/L, 0,5 и А 10 у 0,0015%.

Аналогичным образом получается, что во втором случае, когда второй двухполюсник выбран R, данная погрешность преобразования по параметру L равна нулю, а по периметру L примерно втрое меньше, чем в известном устройстве .

Погрешность от действия конечного значения входного сопротивления и полосы пропускания усилителя 6 в предлагаемом устройстве также значительн меньше по сравнению с известным.

При преобразовании параметров емкостного датчика, представляемого последовательной схемой замещения из RjC ,-элементов и включаемого в цепь ООС усилителя 6 последовательно с двухполюсником R р2 и двухп(люсником Rp на входе усилителя 6. получаем:

0

0

5

5

0

0

0

5

1

4Т

п, -п.

R

(п,-1)-

т (п,- ( г .л ,

-n),.

В случае, если второй двухполюсник

С р , а первый R д,, то при ,1

-T- I Dil2 2/Ci. „, Rj(Coi 4Т п,-п 4Т п.г-п7

Во всех рассмотренных случаях погрешность неидеальности усилителя 6 также существенно снижается или устраняется полностью.

Таким образом, введение новых эле- MeHTOip - масштабирующего и второго двухполюсника с соответствующими изменениями структуры устройства позволяет устранить влияние погрешностей, обусловленных неидеальностью параметров операционных усилителей, включаемых в измерительную схему, в частности параметров усилителя 6.

Формула изобретения

Устройство для преобразования параметров датчика в скважность импульсов, содержащее измерительный преобразователь, первый выход которого соединен с первыми входами двух схем сравнения, выходы которых соединены с входами триггера, а вторые входы первой и второй схем сравнения соединены соответственно с первым и вторым выходами масштабирующего блока, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности, масштабирующий блок выполнен в виде усилителя с резистивным делителем в цепи отри- .цательной обратной связи, причем выход усилителя является первым выходом масштабирующего блока, точка соединения резисторов делителя является вторым выходом масштабирующего блока, а вход усилителя через резистор соединен с вторым выходом измерительного преобразователя, выполненного в виде усилителя, к выходу которого, являющемуся первым выходом измерительного преобразователя, подключен датчик, соединенный с двухполюсником, ченным другим выводом к входу усилителя, причем точка соединения датчика и одного двухполюсника является вторым выходом измерительного преобразователя, а вход усилителя через другой двухполюсник соединен с выходом первой схемы сравнения.

Устройство для преобразования параметров датчика в -кважность импульсов относится к области измерительной техники, может быть использовано при измерениях неэлектрических величин с помощью датчиков, включенных по схеме двухполюсника, и позволяет повысить точность преобразования, а также расширить диапазон возможных изменений параметров датчика. Устройство содержит измерительный преобразователь с датчиком, масштабирующий блок и две схемы сравнения, соединенные с выходным триггером, и обеспечивает раздельное формирование длительностей импульса и паузы выходного сигнала в зависимости от величины активной и реактивной составляющих сопротивления датчика. 2 ил. СЛ

Фиг.1

Фиг. I