Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к измерительной технике, а к тензо- метрическим iipr-tiuji.сшивателям неэлектрических величин, и может быть использовано в аппаратуре широкого применения.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 приве;(пна блок-схема ус тройства J на фит-. 2 - блок управления, на фиг.З - лилграмма работы блока управления.

Преобразователь одержит тензо- мост 1, источник , разнополярные выходы которого соединены с входами переключателя 3 полярности, выходы которого соединены с разноименными вершинами диагонали питания тензомоста 1, к которым также подключены соответственно вход первого ключа 4 и вход второго ключа 5, выход тензомоста 1 соединен через дифференциальный предусилитель 6 с выходом аналого-цифрового преобразователя 7, выход которог о подключен к, входу блока 8 плпчти и первому входу арифметико-лог11Ч( . К 014) устройства 9, второй вчс л KoTcipor-o соего

Ci

05

динен с выходом блока 8 плмяти, бло 10 управления, имеюгцин выходы 12-16 элемент 11 НЕ.

Блок управления содержит генера- тор 17 импульсов, счетчик 18, три триггера 19-21 Шмитта.с дифференцирующими цепями на входе, два инвертора 2.-23, элемент 24 ИЛИ и элементы И 25-26.

Преобразователь работает щим образом.

Измерение сигнала тензомоста 1 производится за два последовательных цикла. В течение первого цикла измерения переключатель 3 полярности, назначение которого состоит в переключении полярности питающего тензомост 1 напряжения, подключает диагональ питания тензомоста 1 к вы ходам источника 2 питания с полярностью питающего тензомост 1 напряжения соответствующей высокому уровню управляющего сигнала с выхода 13 блока 10 управления. Ключ А при наличии от блока 10 управления сигнала с выхода 12 подключает одну из вершин диагонали питания тензомота 1 к щине Земля, а ключ 5, управляемый инверсным сигналом с выхо 12, будет заперт. Дифференциальный сигнал, снимаемьй с выхода тензомос 1, пропорпд онален измеряемому параметру и равен Ufl KB, где U, Кд - напряжение питания и рабочий коэффициент передачи тензомоста 1 соответственно. В этом случае дифференциальный и синфазный выходные сигналы тензомоста 1 однополярны. Тогда для выходного синфазного сиг- нала тензомоста 1 справедливо

АГ с., I

0,5и„(1 ).

UR

где --- - относитель.ное изменение

о сопротивления плеч тензомоста 1.

Воздействие выходного синфазного сигнала тензомоста 1 равносильно пявлению на входе дифференциального предусилителя 6 аддитивной погрешности uf,, Uccf, /КОР , где Кос коэффициент усиления и коэффициент

ослабления синфазного сигнала дифференциального предусилителя 6 со- ответственно. Суммарный выходной сигнал тензомоста 1 U Uae,+ ui-,p, усиливается дифференциальным предусилителем 6 л поступает на вход амапого-иифрового преобразователя 7, который преобразует усиленньш сигнал в цифровой код N, который поступает однопременно на входы блока 8 памяти и арифметико-хгогического устройства 9.

- UU,

+ U

c.Ti

где iUn - приведенная суммарная величина дрейфа дифференциального предусилителя 6 и аналого-цифрового преобразователя 7 .

Блок 10 управления сигналом с выхода 15 производит запись результата аналого-цифрового преобразования в блок 8 памяти для фикса1у1и N в течение последующего цикла преобразования.

Таким образом, по окончании первого цикла измерения блок 8 памяти фиксирует результат аналого-цифрового преобразования в виде кода N,, соответствующего + Ua, .

в течение второго цикла измерения переключатель 3 полярности при наличии низкого уровня управляющего .сигнала на выходе 13 блока 10 управления осуществляет изменение полярности питающего тензомост 1 напряжения. Управляющий сигнал низкого уровня, формируемый блоком 10 управления на выходе 12, запирает ключ 4 и соответственно открывает через элемент НЕ ключ 5, тем самым подключая к шине Земля вторую из вершин диагонали питания тензомсста 1. Дифференциальный сигнал, снимаемый с выхода тензомоста 1, в этом с .лучае будет равен

Uo,p2 -UnKa дф полярность СИНфазного сигнала вследствие переключения вершин диагонали питания тен- зомоста 1 к шине Земля остается

неизменной Q 5U (1 - ) (л R

Суммарный выходной сигнал тензомоста 1 Uf +Дс(рг усиливается дифференциальным предусилителем 6, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 7 в цифровой код N и поступает на вход блока 8 памяти и первый вход арифметико-логического устройства 9

N,jCO -и

ЗТг 2 - Сг

5

Таким образом по ок(нчлиии анало- го-цифропого npeofipaaonaHiiH п конце второго цикла на перньш вход арифметико-логического устро11ства 9 поступает цифровой код Nj, а на второй вход - с выхода блока 8 памяти зафиксированный по окончании первого цикла преобразования цифровой код N, , По управляющему сигналу 16 от блока 10 управления арифметико-логическое устройство 9 производит вычисление результата измерения по алгоритму

15

NP 0,5(N, - N)

NpCO Uae + 0,5(ulJq, - &Uq

o,5(й,,p, ).

) +

Вследствие того, что величина дрейфа дифференциального предусили- теля 6 и аналого-цифрового преобразователя 7 не зависит от полярности напряжения питания тензомоста 1, а

UK при условии, что --«1, следует

Р о

, Отсюда результат вычисления арифметико-логического устройства 9

Npcoll

пропорционален измеряемому параметру а величины &U,j сф арактеризую- 1цие дрейф дифферен1Ц1ального предуси- лителя 6 и аналого-цифрового преобразователя 7, а также аддитивную погрешность измерения, обусловленную воздействием на вход дифференциального предусилителя 6 синфазного выходного сигнала тензомоста 1, полностью исключаются из результата измерения. Запуск аналого-цифрового преобразователя 7 в начале каждого цикла измерения осуществляет блок 10 управления сигналом на выходе 14. Результат измерения Мр формируется на выходе арифметико-логического устройства 9 и сохраняется в течение последующих двух циклов измерения.

Блок 10 управления формирует импульсы управления работой преобразователя неэлектрических величин в цифровой код п соответствии с временной диаграммой 1 фиг.З): 12 - уп- ра)шение ключами 4, S; 13 - управление переключателем полярности 3; 14 - запуск апа.гкпч -цифрового преоб- разонате;1я 7; 1S - перезапись в блок

501266

8 памяти; 16 - упрапление арифметико-логического ycTpoiicTBa 9.

Счетчик 18, Г1одключенн1.1й счетньм входом к выходу генератора 17 импульсов, предназначен для получения управляющих сит-налоп 12 и 13, ;WIH- тельность которых определяется временем преобразования аналого10 цифрового преобразователя 7. Посредством триггеров 19 и 20 1 митта и элемента 21 ИЛИ осуществляется формирование на фронтах сигналов 12 и 13 коротких импульсов, из ко15 торых с помощью элементов 25, 26 И и инвертора 22 выделяются сигналы 15 и 16, ас помощью инвертора 23 и триггера 21 Шмитта осуществляется формирование сигнала 14.

0

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

1 . Преобразователь неэлектрических в цифровой код, содержащий источник питания, разнополярные выходы которого через переключатель полярности соединены с п фшинами . диагонали питания тензомоста, вершины измерительной диагонали которого соединены с соответствующими входами дифференциального предусилителя, выход которого подключен к информа1Ц1он- ному входу аналого-цифрового преобразователя, управляюпщ вход которого соединен с первым выходом блока управления, а выходы подключены к первому информацион}1ому входу арифметического ycTpoi icTBa, выходы которого являются ПК1ХОДНОЙ шиной, а управляющие входь; переключателя полярности и арифмстиче(::кого устройства соединены соотпетгтиепно с вторым и третьим выход;гми блока управления, о т л и ч а ю щ и I l с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два ключа, блок памяти и элемент НЕ, вход которого оГу)1ед1П1ен с управляющим входом перипго ключа и подключен к четвертому впходу блока управления, выход соединен с управляющим входом второго ключа, информапионные входы первого и второг о ключей соединены соотвегстнекно с выходами переключателя полярности, вькоды подключены к об1чей шине, а выходы анало1-о-цифрового преобразователя через блок памяти с-оо шнены с вторым информационным BXOJUV.I арифметического устройства, упрапаяющий вход

блока памяти подключен к IM-I- ходу блока упр.чрлрмпя.

2. ИреобраиолатрЛТ1 по n.l, о т - л и м а К) ni и и с я тгм, что блок управления ныполнен на трех трнгчччьтх Шмитта, двух иннерторах, двух элементах И, элемопте ИЛИ, соедипеннг,1х последовательно т енераторе импульсор и счетчике, выход которого является вторым и четрортым выходами блока и подключен к входу первого триггера ;1.мнтта, первому входу первого элемента И и через первый инвертор к перпо

MV мхолу второго элемента И я вхсщу второго -rpHri pfia Шмитта,ныход которог о госдиш и г пертз1.1м входом элемента НИИ, BTopoii пход которого подключен к выходу первого триггера Шмитта, а выход соединон г вторыми входами пер- ного п второго элементов И и через второй инг(рртор с входом третьего григггра 111митта, выход которого является первым выходом блока, выходы nepeoi o и второго элементов И являются гоответгтвенно третьим и пятым выходами блока.

Изобретение позволяет повысить точность измерения деформации, давления, силы, температуры и других, неэлектрических величин за счет исключения из результата измерения аддитивной погрешности, обусловленной наличием на выходе тензомоста синфазного сигнала. Повышение точности достигается за счет того, что измерение дифференциального выходного сигнала тензомоста производится за два последовательных цикла, которые отличаются между собой полярностью напряжения питания тензомоста, причем в первом цикле измерения к шине "земля" через первый ключ подключается первая вершина диагонали питания тензомоста, во втором цикле первый ключ заперт и к шине "земля" через второй ключ подключается вторая вершина диагонали питания тензомоста. Смену полярности напряжения питания осуществляет переключатель полярности. Результат измерения, равный полуразности результатов двух циклов преобразования, формируется в арифметико-логическом устройстве при помощи дифференциального предусилителя, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти. Формирование пяти команд управления работой преобразователя производит блок управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

(puff

Iff3tt/Sie

gjuez