Функциональный преобразователь сопротивления в код Советский патент 1988 года по МПК G01R27/02 

СдЭ

О© ОО

1чЭ СЛ

Изобретение относится, к измерительной технике, к измерению электрических и магнитных величин, в частности к преобразованию выходного пара- метра датчиков сопротивления в код, и может применяться, например, с полупроводниковыми датчиками влажности и температуры, имеющими экспоненциальную характеристику.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения путем обеспечения постоянства рассеиваемой мощности на измеряемом резисторе, а также расширение функциональных воз- можностей.

На фиг.1 приведена блок-схема функционального преобразователя сопротивления в код; на фиг.2 - пример реализации управляемого аттенюатора; на фиг.З - пример реализации формирователя кодов.

Преобразователь содержит генератор 1 напряжения, управляемые иден- тичные аттенюаторы 2 и 3, например, с логарифмической передаточной характеристикой, аналоговьй преобразователь сопротивление - напряжение, состоящий из измеряемого резистора (датчика) 4, образцового резистора 5 и операционного усилителя 6, резисторы 7 и 8, компаратор 9 токов, генератор

10тактовых импульсов,- формирователь

11кодов, шину 12 данных, регистр 13

и цифровой индикатор 14, причем вы- ход генератора 1 соединен с первым выводом резистора 7 и аналоговым входом аттенюатора 2, выход которого соединен с первым выводом измеряемого резистора 4, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом усилителя 6 и первым выводом резистора 5, второй вывод которого соединен с выходом усилителя 6 и аналоговым входом аттенюатора 3, выход которого соединен с первым выводом резистора 8, второй вывод которого соединен с вторым выводом резистора 7 и входом компаратора 9, выход которого соединен с D-входом формирователя 11, пер

вьй выход которого образует шину 12 данных, второй выход соединен с С- входом регистра 13, информационные входы которого соединены с шиной 12 данных, а выход - с входом индикато- ра 14, третий выход формирователя соединен с его R-входом, а его С-вход соединен с выходом генератора 10, управляющие входы аттенюатора 2 и 3

г 0

5

0

5 0

О 5

0

соединены с шиной 12 данных, неинвертирующий вход усилителя 6 соединен с землей. Аттенюаторы 2 и 3 могут быть реализованы по схеме на фиг.2 и состоят каждый из операционных усилителей 15 - 17, трех пар ключей 18 - 20, трех инверторов 21 - 23 и шести резисторных делителей, состоящих из резисторов 24 - 35, причем управляющие входы первых ключей в парах 18 - 20 ключей и входы инверторов 21-23 являются управляющими входами управляемого аттенюатора, выходы инверторов 21-23 соединены соответственно с управляющими входами вторых ключей в парах 18 - 20, выходы первых ключей пар 18, 19 и 20 соединены соответственно с первыми выводами резисторов 25, 29 и 33, вторые выводы которых соединены с первыми выводами резисторов 24, 28 и 32 и неинвертирующими входами усилителей 15, 16 и 1 соответственно, выходы вторых ключей пар 18, 19 и 20 соединены с первыми выводами резисторов 26, 31 и 35 соответственно, вторые выводы которых соединены с инвертирующими входами усилителей 15,16 и 17 и первыми выводами резисторов 27, 30 и 34 соответственно, вторые выводы которых соединены с выходами усилителей 15, 16 и 17 соответственно, второй вывод резистора 24 является аналоговым входом управляемого аттенюатора, вторые выводы резисторов 28 и 32 соеди- нены с выходами усилителей 15 и 16 соответственно, а выход усилителя 17 является выходом управляемого аттенюатора, аналоговые входы пар 18-20 ключей соединены с землей-

Формирователь 11 кодов может быть выполнен согласно фиг.З и содержать два счетчика 36 и 37 и D-триггер 38, причем С-входы счетчиков 36 и 37 объединены и образуют С-вход формирователя 11, вход D D-триггера является D-входом формирователя 11, С- вход триггера 38 соединен с первым выходом счетчика 36, остальные вьссо- ды которого являются первым выходом формирователя 11, прямой выход триггера 38 - вторым выходом формирователя 11, инвертный выход триггера 38 соединен с V-входом счетчика 36, R-вход которого соединен с R-входом триггера 38 и первым выходом счетчика 37, второй выход которого является третьим выхрдом формирователя 11 и

соединен с R-входом счетчика 37, являющегося R-входом формирователя 11, V-вход счетчика 37 соединен с землей

Устройство работает следующим образом.

В некоторый момент времени на R-входе формирователя 10 кодов появляется сигнал, и на шине данных устанавливается нулевое значение кода. Коэффициент передачи аттенюаторов 2 и 3 устанавливается минимальным. Это состояние устройства примем за начальное. При любом значении измеряемого резистора 4 (в пределах диапазона измерения) компаратор 9 фиксирует состояние, когда ток через резистор 7 превышает ток через резистор 8 и устанавливает на D-входе формирователя 11 кодов единичное значение сиг- нала. Тактовые импульсы от генератора 10 поступают на С-вкод формирователя 11 и на шине данных появляется последовательно возрастающее, значение кода, а коэффициент передачи ат- генюаторов 2 и 3 увеличивается. В момент, когда ток через резистор 8 окажется равным по абсолютному значению току через резистор 7, т.е. схема уравновесится, на D-входе формироца- теля 11 установится нулевое значение сигнала, формирователь выработает импульс записи, поступающий на С-вход регистра 13; состояние шины данных фиксируется в регистре 13 и отображается индикатором 14 как результат измерения, после чего формирователь кода устанавливается в исходное состояние и процесс измерения циклически повторяется.

Наличие двух.одинаковых аттенюаторов обеспечивает постоянную мощность, на измеряемом резисторе. Это можно

При реализации предлагаемого устройства могут быть использованы аттенюаторы по схеме на фиг,2. Коэффициент передачи каждого звена аттенюатора может принимать одно из двух значений в зависимости от состояния соответствующего ключа. Эти значения выбраны исходя из логарифмической характеристики устройства, т.е. ос- лабление можно выразить в децибелах, например, по шкале -20, -lOf -5 и т.д. дБ. Значение ослабления, всего аттенюатора равно сумме значений ослабления по каждому и определяется, кодом на входах а -е. Операционные усилители выбираются так, чтобы не возникали заметные фазовые

.показать следующим образом (для преобразователя с логарифмической харак-45 рабочей частоте, выбранной теристикой) .. равно й 1000 Гц.

Напряжение на выходе аттенюатора 2 можно записать как

10- (1)

где и - напряжение генератора 1; сп

м - значение кода на управляющем входе аттенюатора.

Напряжение на выходе преобразователя 6 запишется так

Пример реализации формирователя 11 кодов приведен на фиг.З,

Работу схемы удобно рассматривать с момента, когда счетчики 36 и 37 обнулены и D-триггер сброшен. Б этот момент на информационньм вход D-триг- гера 38 поступает единичньш сигнал, а на вход запрета счетчика 36 - нулевой .

Us -и,- 10

5

R

где RJ - образцовьй;

R) - измеряемый резисторы.

|5025JQ 40

3225

Напряжение на выходе второго аттенюатора 3 запишется так

RS

-гм

(2)

и, -и,.--.10

Из условия уравновешивания преобразователя следует, чтб сумма токов через резисторы 7 и 8 равна нулю..

что позволяет

т Ul

записать I-,--;

к т

Т -

и после подстановки вместо выражения (2) имеем

где

R

R4

I., Is

10

гм

(3)

Rs-R7

- токи через резисторы : 7 и 8; ,Rs,R.-,,Rg - резисторы 4,5,7,8.

Из выражений (1) и (3) можно найти выражение для мощности на измеряемом резисторе 4 в ви,це

Р

R,-R/

(4)

В вьфажение (4) не входит значение резистора 4, т.е. мощность не зависит от его величины.

При реализации предлагаемого устройства могут быть использованы аттенюаторы по схеме на фиг,2. Коэффициент передачи каждого звена аттенюатора может принимать одно из двух значений в зависимости от состояния соответствующего ключа. Эти значения выбраны исходя из логарифмической характеристики устройства, т.е. ос- - лабление можно выразить в децибелах, например, по шкале -20, -lOf -5 и т.д. дБ. Значение ослабления, всего аттенюатора равно сумме значений ослабления по каждому и определяется, кодом на входах а -е. Операционные усилители выбираются так, чтобы не возникали заметные фазовые

рабочей частоте, выбранной равно й 1000 Гц.

п

Пример реализации формирователя 11 кодов приведен на фиг.З,

Работу схемы удобно рассматривать с момента, когда счетчики 36 и 37 обнулены и D-триггер сброшен. Б этот момент на информационньм вход D-триг- гера 38 поступает единичньш сигнал, а на вход запрета счетчика 36 - нулевой .

Оба счетчика заполняются импульсами тактовой частоты, а на выходах а -е счетчика 36, образующих шину данных, последовательно формируются

5

возрастающие значения кода. Проце продолжается до перехода сигнала информационном входе D-триггера и единичного в нулевое значение. Эт переход фиксируется в П-триггере В этот момент работа счетчика 36 рещается единичным сигналом на V

де, а на выходе :« D-триггера 38 появляется .единичньш сигнал, используе мый как строб записи информации в регистр хранения индикатора. Счетчик 37 продолжает заполняться и. вырабатывает вначале сигнал для обнуления счетчика 36 и сброса триггера 38, а затем счетчик 37 обнуляется и сам, В этот момент сигнал с R-входов элементов 36 и 38 снимается и цикл работы формирователя кодов повторяется

Формула изобретения

1. Функциональный преобразователь сопротивления в код, содержащий генератор напряжения, выход которого сое-25 динен с аналоговым входом первого цифрового аттенюатора, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с С-входом формирователя кодов.

о

0

5

вод второго резистора соединен с выходом генератора напряжения, а второй вывод - с входом компаратора токов и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого соединен с выходом второго цифрового аттенюатора, выход компаратора тока соединен с R-входом -формирователя кодов, второй выход которого соединен с С-входом регистра, информационные входы которого соединены с шиной данных, а выход - с входом индикатора, третий выход формирователя кодов соединен с его R-входом.

2, Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, аттенюаторы выполнены в виде цепочки операционных усилителей, каждый из которых снабжен четырьмя резисторами, парой ключей и инверто- ром, причем для каждого операционного усилителя первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с выхо

Изобретение может быть использовано, например, с полупроводниковыми датчиками влажности и температуры, имеющими экспоненциальную характеристику. Функциональный преобразователь сопротивления в код содержит генератор 1 напряжения, цифровые аттенюаторы 2, 3, генератор 10 тактовых импульсов, формирователь 11 кодов, шину 12 данных, компаратор 9 токов, индикатор 14, .резисторы 5,7,8, операцион- ньш усилитель 6, регистр 13.Диапазон измерения расширяется за счет обеспечения постоянства рассеиваемой мощности на измеряемом резисторе 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. е

первые информационные выходы которогозо дом первого ключа в паре ключей, анасоединены с шиной данных, соединенной с управляющими входами первого атте- нюат-ора, компаратор токов, индикатор и измеряемьй резистор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем обеспечения постоянной мощности на измеряемом резисторе, в него дополнительно введены второй цифровой аттенюа35

логовые входы которых соединены с зе.млей, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод третьего резистора соединен с выходом второго ключа в паре ключей, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора, второй вывод четвертого резистора соетор, три резистора, операционньи динен с выходом операционного усилителя, второй вывод первого резистора первого операционного усилителя является аналоговым входом цифрового аттенюатора, вторые входы остальных первых резисторов соединены с выходами предьздущих операционньк усилителей, а выход последнего операционного усилителя является выходом цифрового аттенюатора, управляющими входами которого являются управляющие входы первых в парах ключей и входы инверторов.

литель и регистр, причем выход первого цифрового аттенюатора соединен с первым выводом измеряемого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого резистора и ин- ir вертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с землей, а выход - с вторым вьгоодом первого резистора и аналого- вьм входом втор ого цифрового аттенюатора, управляющие входы которого соединены с шиной данньк, первый вы50

5

логовые входы которых соединены с зе.млей, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод третьего резистора соединен с выходом второго ключа в паре ключей, управляющий вход которого соединен с выходом инвертора, второй вывод четвертого резистора сое2

1383225

/5 28

26

S3

38

fr

Фие.2

36

1

2

M

8

16

32

Й

37

l- R

126 256