Преобразователь изменения сопротивления в выходной сигнал Советский патент 1989 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразо вания в цифровой код сигналов тензо- и терморезисторов, а также других датчиков, сопротивления которых изменяются под действием входного измеряемого физического параметра.

Цель изобретений - повышение точности путем ограничения саморазогре- ва рабочего и компенсационного резисторов проходящим через них током и устранения влияния на выходной сигнал переходных процессов в ключах.

На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг.2 - .временная диаграмма работы его блоков.

Преобразователь изменения сопротивления в выходной сигнал содержит рабочий и компенсационный резисторы 1 и 2 с питающими и информационными выводами, на обоих концах, четыре ключа 3-6 каждый из которых имеет , основной и управляющий входы и выход, источник 7 стабилизированного тока с двумя шинами, четыре операционных усилителя 8-11, цепочку из восьми прецизионных резисторов 12-19 один RS и три счетных триггера 20-23 цепь из последовательно соединенных диода 24 и конденсатора 25, шесть элементов И 26-31, один элемент И-НЕ 32, один инвертор 33, один элемент ИЛИ 34, один элемент 35 задержки с двумя выходами, предназначенными для формирования двух разных временных интервалов, два аналоговых запоминающих устройства 36 и 37, один сумматор 38 и один аналого-цифровой преобразователь 39 Ключи 3-6 выполнены электронными. Первые питающие выводы рабочего и компенсационного резисто- ров 1 и 2 соединены между собой. Одна из шин источника 7 стабилизированного тока соединена с основными входами первого и второго ключей 3 и 4, а другая - с основными входами третьего и четвертого ключей 5 и 6. Бьосоды первого и третьего ключей 3 и 5 соединены с вторым питающим выводом рабочего резистора 1, а выходы второго и четвертого ключей 4 и 6 - с вторым питающим выводом компенсационного резистора 2. Первые входы операционных усилителей 8-11 соединены соответственно с информационными вьшодами рабочего и компенсационного резисторов 1 и 2, Начало и коне

0

5

цепи из прецизионных резисторов 12 - 19 соединены соответственно с выходом первого усилителя 8 и общей шиной преобразователя, а общие точки каждых двух последующих прецизионных резисторов соединены соответственно нечетные - со вторым входом соответствующего усилителя, а четные - с выходом следующего за ним усилителя. Выход RS-триггера 20 соединен с первыми входами элемента И-НЕ 32 и первого элемента И 26 и свободным выводом диода 24. Общая точка диода 24 и конденсатора 25 соединена с другим входом элемента И-НЕ 32. Выход элемента И-НЕ 32 соединен с другим входом первого элемента И 26. Выход первого элемента И 26 соединен со счетным входом первого счетного триггера 21 и входом инвертора 33, выход которого соединен со счетным входом второго счетного триггера 22, выходом соединенного с входом элемента 35 задержки и первыми входами элементов И 27-29. Первый выход элемента 35 задержки соединен с установочным входом второго счетного триггера 22, а второй - с установочными входами RS-триггера 20 и первого счетного триггера 21. Выход первого счетного триггера 21 соединен со счетным входом третьего счетного триггера 23 и первыми входами элемента ИЛИ 34 и элементов И 30 и 31. Прямой выход третьего счетного триггера 23 соединен с вторыми входами элементов И 28 и 31, а его инверсный выход - с вторыми входами и элементов И 27 и 30. Информационные входы запоминающих устройств 36 и 37 соединены с выходом первого усилителя 8, управляющие входы - с выходами элементов И 27 и 28, а выходы - с входами сумма- с тора 38. Выход элемента И 31 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 34 и управляющим входом первого ключа 3. Выход элемента ИЛИ 34 - связан с управляющим входом четвертого ключа 6. Выход пятого элемента И 30 соединен с вторым входом элемента И 29 и управляющими входами ключей 4 и 5. Информационный и управляющий вы- входы аналого-цифрового преобразователя 39 соединены соответственно с выходами сумматора 38 и четвертого элемента И 29, а свободный вывод конденсатора 25 соединен с общей шиной преобразователя.

0

5

0

0

5

Прейбразователь изменения сопротивления в выходной сигнал работает следующим образом.

В момент включения питания вьфаба- тывается сигнал Сброс, устанавливающий триггеры 20-23 в нулевое состояние . Затем на внешний управляющий вход подаются короткие управляющие импульсы и,„р (фиг.2). По каждому управляющему импульсу формируются импульсы Ф1 и Ф2 (фиг.2). До момента воздействия входного управляющего импульса выход триггера 21 (шина Ф1 на фйг.1) и выход триггера 22 (щина Ф2 на фиг.1) находятся в состоянии О. По переднему фронту (фиг. 2) управляющего импульса срабатывает RS-триггер 20, а счетный триггер 21 устанавливается в 1. Так формируется передний фронт импульса Ф1. При этом формирователь короткого импульса, собранный на эл1ементах 32 и 26 с подключенной к входам И-НЕ 32 це-. почки из диода 24 и конденсатора 25 формирует на выходе элемента И 26 импульс требуемой длительности, которая регулируется с помощью подбора величины емкости конденсатора 25.

ствами 36 и 37 и аналого-цифровым преобразователем 39 (фиг. 2). В паузе сигналов Ф1 ключи 4 и 5 закрыты, т.е. питающий ток по резисторам 1 и 2 не проходит. Скважность -v определяется отношением

где Г- длитель

ность фазового импульса Ф1, а Т - период следования управляющих импульсов, причем / «I.

По переднему фронту импульса Ф1 счетный триггер 23 устанавливается в состояние 1, открывается ключ 3, а по переднему фронту управляющего сигнала - ключ 6. При этом первая шина источника 7 стабилизированного тока подключается к рабочему резистору 1, а вторая шина через ключ 6 остается подключенной к компенсационному резистору 2. В таком положении подключена указанная нагрузка к источнику тока на временном интервале импульса Ф1. По сигналу записи, формирующемуся на выходе элемента

И 28, аналоговый сигнал с выхода усилителя 8 заносится в аналоговое запоминающее устройство 28 и запоминается в нем. Длительность сигнала за

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования в цифровой код сигналов тензо- и терморезисторов, а также других датчиков, сопротивление которых изменяется под действием входного измеряемого физического параметра. Цель изобретения - повышение точности за счет ограничения саморазогрева рабочего и компенсационного резисторов проходящим через них током и устранения влияния на выходной сигнал переходных процессов в ключах. Это достигается введением одного RS- и трех счетных триггеров 20, 21, 22 и 23, цепи из последовательно соединенных диода 24 и конденсатора 25, шести элементов И 26, 27, 28, 29, 30 и 31, элемента И-НЕ 32, инвертора 33, элемента ИЛИ 34, элемента 35 задержки с двумя выходами, предназначенными для формирования двух разных временных интервалов, двух аналоговых запоминающих устройств 36 и 37, сумматора 38 и аналого-цифрового преобразователя 39, а также выполнением ключей 3, 4, 5 и 6 электронными, вследствие чего из сигнала на выходе первого операционного усилителя 8 вырезаются и запоминаются участки лишь в те интервалы времени, которые не включают в себя переходные процессы на ключах 3, 4, 5 и 6, а большая скважность питающих рабочий и компенсационный резисторы 1 и 2 импульсов переменной полярности снижает среднюю рассеиваемую на этих резисторах мощность. 2 ил.

Эта длительность обеспечивает задерж- 30 писи соответствует длительности факу в формировании переднего фронта импульса Ф2. относительно переднего фронта импульса Ф1 и определяется длительностью переходных процессов в нагрузке источника 7 стабилизированного тока - на резисторах 1 и 2. По переходу в О сигнала на выходе элемента И 26 триггер 22 устанавливается в 1, чем определяется передний фронт импульса Ф.2. Длительность импульса Ф2 устанавливается с помощью элемента 35 задержки и определяется временем,, необходимым для запоминания полезного сигнала аналоговыми запоминающими устройствами 36 и 37. По истечении требуемого времени задержки первый выход элемента 35 задержки устанавливается в О, соответственно сбрасывается триггер 22, формируя задний фронт импульса Ф2. С некоторой задержкой устанавливается состояние О и на втором выходе элемента 35 задержки, чем сбрасываются тригге-

50 переключают по сравнению fc первым тактом направление тока в нагрузке. На временном интервале импульса Ф2, аналоговый сигнал значения -Еар запоминается аналоговым запомиры 20 и 21. С помощью счетного триг- гг накяцим устройством 27. По окончании гера 23 и комбинационной логики, соб- импульса Ф2 на выходе сумматора 38 ранной на элементах 27-31 и 34 осу- ществпяется управление аналоговыми ключами 3-6, запоминакщими устрой- .

формируется аналоговый сигнал уровня IwwnCR t R ai) . в этот момент на выходе элемента И 29 формируется сиг

зового импульса Ф2. На временном интервале Ф2 аналоговый сигнал U g,, на выходе усилителя 8 соответствует значению U g, 21 (kj,-R j,,), где Rot и R сопротивления резисторов 1 и 2,

По окончании импульса Ф1 ключ 3 закрьгаается, т.е. нагрузка отключается от источника 7 стабилизированного тока.

Через временной интервал Т на управляющий вход преобразователя поступает следуниций управляющий импульс. С этого момента начинается второй

такт работы преобразователя. При этом ключ 6 закрывается, а ключи 4 и 5 по управляющему сигналу, формирующемуся в течение длительности импульса Ф1 на выходе элемента И 30, открьгоаются и

переключают по сравнению fc первым тактом направление тока в нагрузке. На временном интервале импульса Ф2, аналоговый сигнал значения ,- -Еар запоминается аналоговым запоминакяцим устройством 27. По окончании импульса Ф2 на выходе сумматора 38

накяцим устройством 27. По окончании импульса Ф2 на выходе сумматора 38

формируется аналоговый сигнал уровня IwwnCR t R ai) . в этот момент на выходе элемента И 29 формируется сигнал запуска аналого-цифрового преобразователя 39, с помощью которого аналоговый сигнал (Ro(-R-j) преобразуется в код, соответствующий информации о величине текущего значения соответствующего физического параметра, например температуры или деформации.

Преобразователь позволяет при минимальных аппаратурных затратах и низкой себестоимости комплектующих элементов практически исключить погрешности резистивных датчиков, обусловленные током разогрева резистора и воздействием переходных процессов в результате переключения направления питающего тока.

Формула изобретения

Преобразователь изменения сопротивления в выходной сигнал, .содержа- щрй рабочий и компенсационный резисторы с питающими и информационными выводами на обоих концах, первые питающие выводы рабочего и компенсационного резисторов соединены между собой, четыре ключа, каждый из которьос имеет основной и управляющий входы и выход, выходы первого и третьего ключей соединены с вторым питающим выводом рабочего резистора, а выходы второго и четвертого ключей - с вторьш питающим выводом компенсационного резистора, источник стабилизированного тока с двумя шинами, одна из которых соединена с основными входами первог и второго ключей, а другая - с основными входами третьего и четвертого ключей, четыре операционных усилителя, первые входы которых соединены соответственно с информационными выводами рабочего и компенсационного резисторов, цепочку из восьми прецизионных резисторов, начало и конец которой соединены соответственно с выходом первого усилителя и общей шиной преобразователя, а общие точки каждых двух.последуюпщх прецизионных резисторов соединены соответственно нечетные - с вторым входом соответствующего усилителя, а четные - .с выходом следующего за ним усилителя, о Т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности за счет ограничения саморазогрева рабочего и компенсационного резисторов проходящим череё них током и устра5220248

нения влияния на выходной сигнал переходных процессов в ключах,, он снабжен RS-триггером и тремя счетными триггерами, цепью из последовательно соединенных диода и конденсатора, шестью элементами И, элементом И-НЕ, инвертором, элементом ИЛИ, элементом задержки с двумя выходами, предназначенными для формирования двух разных временных интервалов, двумя аналоговыми запоминакяцими устройствами, сумматором и аналого-цифровым преобразователем,ключи вьшолнены электрон 0

5

0

5

0

5

0

5

ными, выход RS-триггера соединен с первыми входами элемента И-НЕ и первого элемента И и свободным выводом диода, общая точка диода и конденсатора соединена с другим входом элемента И-НЕ, выход элемента И-НЕ соединен с другим входом первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетного триггера и с входом инвертора, выход инвертора соединен со счетным входом второго счетного триггера, выход которого соединен с входом элемента задержки-и с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов И, первый выход элемента задержки соединен с установочным входом второго счетного триггера, а второй - с ус- тановочнь1ми входами RS-триггера и первого счетного триггера, выход, первого счетного триггера соединен со счетным входом третьего счетного триггера и с первыми входами элемента ИЛИ и пятого и шестого элементов И, прямой выход третьего счетного триггера соединен с вторыми входами третьего и шестого элементов И, а его инверсный выход - с вторыми вх.одами второго и пятого элементов И, информационные входы запоминающих устройств соединены с выходом первого усилителя, управляющие входы - соответственно с выходами второго и третьего элементов И, а выходы - с входами сумматора, выход шестого элемента И соединен с вторым входом элемента ИЛИ и с управляющим входом первого ключа, выход элемента ИЛИ - с управляющим входом четвертого ключа, выход пятого элемента И соединен с вторым входом четве)того элемента И и управляющими входами второго и третьего ключей, информационный и уп- равляюш 1й входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с выходами сумматора и четвер- конденсатора соединен с общей шиной того элемента И, а свободный вывод преобразователя.