Устройство для измерения сигналов мостовых датчиков Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 G01B7/16 H03M1/60 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и систем уп- равления и может быть использовано в устройствах измерения незлектриче- скшс величин, а также в устройствах сопряжения первичных преобразователей с вычислительными комплексами.

Цель изобретения - повьппение точности измерения за счет компенсации напряжения смещения и его дрейфа в расширенном динамическом диапазоне измерений..

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит мостовой датчик 1, соединенньй входами с выходами блока 2 питания, вход которого соединен с выходом источника 3 опорного напряжения, масштабный усили- тель 4, входы которого соединены с выходами мостового датчика 1, а выход - с входом фазочувствительного демодулятора 5, выход которого соединен с первьм входом аналого-цифрового преобразователя 6, второй вход которого соединен с выходом источника 3 опорного напряжения, а третий - с тактовым генератором 7, который соединен с входом блока 8 управ ления, состоящего из делителя 9 частоты и счетного триггера 10,, вькод блока 8 управления соединен с управляющим входом блока 2 питания,, а управляющий выход - с управляющим входом цифрового накопителя 11, состоящего из реверсивного счетчика I2 и регистра 13, коммутационньм элемент 14, выход которого соединен с управляющим входом фазочувствительн го демодулятора-5, вход - с управляющим входом блока 2 питания, а дв управляющих входа - с угфавляющими

выходами анализатора 15 уровня, состоящего из нуль-органа 16 и триггера 17 памяти, которые соединяются с/ с первым входами элементов 18 и 19 совпадения, вторые входы которых соединены с выходом аналого-цифрово- - го преобразователя 6, причем выход первого элемента.18 совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя 11 , а выход второго элемента 19 совпадения - с вычитающим входом цифрового накопителя 11, при этом первый управляющий вход анализатора 15 уровня соединен с входом ком1 1утационного элемента 14, а второй - с управляющим выходом блока 8 управления, выход первого элемента 8 совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя 11, а выход второго элемента 19 совпадения - с вычитающим входом цифрового накопителя 11, ключи 20 и 21, резисторы 22 () и 23 ()

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с источника 3 опорного напряжения поступает на блок 2 питания, а с него на диагональ питания мостового датчика I. На выходе мостового датчика 1 появляется сигнал, которьм усиливается масштабным усилителем 4 и поступает через фазочувст- вительньш демодулятор 5 на вход аналого-цифрового преобразователя 6, на другой вход которого поступает напряжение с источника 3 опорного напря- жения. Частота с тактового генератора 7 поступает на блок 8 управления, в котором с помощью делителя 9 частоты и счетного триггера 10 происходит формиро вание времени измерения, состоящего из двух равных полупериодов, в каждый из которых происходит изменение полярности напряжения питания блока 2 питания и выходных сигналов мостового датчика 1 и масштабного усилителя 4. На вход аналого-цифрового преобразователя 6 должно поступать напряжение одной полярности, так как опорное напряжение с источника 3 опорного напряжения имеет постоянную полярность.

Фазочувствительный демодулятор 5 осуществляет выпрямление переменного по знаку напряжения с выхода мае- 15 налы U и U будут одной полярности

штабного усилителя 4 выходным сигналом коммутационного элемента 14, управляемого блоком 8 управления: если ключ 20 замкнут, а ключ 21 разомкнут, то на выходе фазочувствительного демодулятора 5 будет следующее напряжение:

и, и, (-) -и,.

R,

R.

г-г.

Uj, -и.

т.е. напряжение одной полярности.При наличии напряжения смещения эти напряжения будут иметь следующие величины:

и, и.

+ е.

1, - с -с/и г С -с/и , где и,, - измеряемое напряжение с выхода мостового датчика-.

при различных полярностях питающего напряжения мостового датчика 1, а на выходе - противоположной.При этом при смене полярности сигнала 20 на выходе фазочувствительного демодулятора 5 изменяется на противоположное состояние нуль-органа- 16, анализатора 15 уровня и выходные сигналы его триггера 17, что при- 25 ведет к смене полярности сигналов на управляющих входах и выходе коммутационного элемента 14, а также на управляющем входе фазочувстви- тельного демодулятора 5, а значит и

) U(. (1 ) Uj., 30 к изменению полярности его выходного

сигнала, к запрещению прохождения с выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент 18 совпадения на суммирующий вход ре- 2g версивного счетчика 12 и к разреше- нию прохождения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент 19 совпадения на вычитающий вход реверсивного счетчика

при 42

а если ключ 21 замкнут, ключ 20 разомкнут, то будет следующее напряжение:

RT.}

22 22

и Ue напряжение смещения масштабного усилителя,

и иметь одну полярность при U SCM В этом случае на входе анализатора 15 уровня будет постоянное по полярности напряжение, а на выходах коммутационного элемента 14 (D-тригге- ра) будут сигналы: разрешающий поступление выходных сигналов аналого- цифрового преобразователя 6 через элемент 18 совпадения на суммирующий вход реверсивного счетчика 12 и запрещающий поступление выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент 19 совпадения на вычитающий вход реверсивного счетчика 12. На выходе устройства в регистре 13 будет информация, соответствующая сумме и, и U2:

и, + Uj 2U,

40 12. При этом на выходе устройства в регистре 13 будет число, соответствующее разности напряжений L и U

для случая U(, , (

е,

45

и; - и;

(е,-н Ue)-(e,- и,) 2U,

т.е. в этом случае (Up-i ЕСИ также произойдет компенсация напряжения смещения и его дрейфа масштабного

50 усилителя 4.

Таким образом, введение в устройство анализатора уровня комбинационного элемента и двух элементов совпадения позволило увеличить точность

55 преобразователя за счет обеспечения работоспособности устройства и компенсации напряжения смещения и его дрейфа не только при измерении сиг- « налов мостового датчика для Uj. 7 e,| ,

т.е. произойдет компенсация напряжения смещения и его дрейфа масштабного усилителя 4. Цикличность измерения и работы цифрового накопителя 1 обеспечивается счетным триггером 10 сблока 8 управления путем возврата в исходное состояние реверсивного счетчика 12, а также триггера 17 памяти, анализатора 15 уровня при каждом изменении полярности питания блока 2 питания мостового датчика 1. Если Uj. е J./4, то на выходе фазо- --чувствительного демодулятора 5 сиг40 12. При этом на выходе устройства в регистре 13 будет число, соответствующее разности напряжений L и U

для случая U(, , (

е,

5

и; - и;

(е,-н Ue)-(e,- и,) 2U,

т.е. в этом случае (Up-i ЕСИ также произойдет компенсация напряжения смещения и его дрейфа масштабного

0 усилителя 4.

Таким образом, введение в устройство анализатора уровня комбинационного элемента и двух элементов совпадения позволило увеличить точность

5 преобразователя за счет обеспечения работоспособности устройства и компенсации напряжения смещения и его дрейфа не только при измерении сиг- « налов мостового датчика для Uj. 7 e,| ,

но и для Uj, е., т.е. за счет расширения динамического диапазона. Степень расширения составит величину ебл,(1-К.д,х,/Ка„), где К„ - коэффици- j ент усиления масштабного усилителя 4, Кдц - коэффициент анализатора уровня (нуль-органа 16),т.е. точность измерения повышается за счет увеличения измеряемого сигнала ю

Uf + е,„(1-К

) И значит,мень15

- - i а

шего влияния аддитивных погрешностей, как, например, шумы масштабного усили теля 4.

формула изобретения Устройство для измерения сигналов мостовых датчиков, содержащее две пары клемм для подключения мостового датчика, первая из которых соединена с соответствующими выходами блока пи-20 тания, а вторая пара - с соответствующими входами масштабного усилителя, управляющий вход блока питания соеди- . ней с первым выходом блока управления, источник опорного напряжения, 25 вь код которого соединен с входом блока питания и первым входом аналого- цифрового преобразователя, второй вход которого через фазочувствитель- ный демодулятор соединен с выходом масштабного усилителя;. выход тактового генератора соединен с входом бло30

j

15

20 . 25 30

ка управления и третьим входом аналого- цифрового преобразователя, второй выход блока управления соединен с управляющим входом цифрового накопителя, отличающееся тем, что, с целью повьшения точно сти измерения, в него введены анализатор уровня, коммутационный элемент и два элемента совпадения, при этом первый вход анализатора уровня соединен с выходом фазочувствительного демодулятора, а выход коммутационного элемента соединен с управляющим входом фазочувствительното демодулятора, второй вход анализатора уровня соединен с первым выходом блока управления и первым входом коммутационного элемента, третий вход анализатора уровня соединен с вторым выходом блока управления, первый и второй выходы анализатора уровня соединены соответственно с вторым и третьим входами коммутационного элемента и первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового, преобразователя, выход первого элемента совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя, а выход второго - с вычитающим входом цифрового накопителя.

Изобретение относится к области измерительной техники и систем управления и может быть использовано в устройствах измерения неэлектрических величин, а также в устройствах сопряжения первичных преобразователей с вычислительными комплексами. Цель изобретения - увеличение точности преобразования за счет расширения динамического диапазона, что позволит уменьшить влияние аддитивных погрешностей, измерения, таких, как шумы масштабного усилителя сигналов мостовых датчиков, например при использовании тензорезисторных датчиков. Для этого в устройство, содержащее мостовой датчик 1, источник 3 опорного напряжения, блок 2 питания мостового датчика, масштабный усилитель 4, фазочувствительный ф сл