Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код Советский патент 1978 года по МПК H03K13/20 

Поставленная цепь достигается тем, что в устройство по авторскому свидетель ству № 544127, содержащее бпок питани датчик нагрузки, соединенный через масштабный усилитель резистор и измерительный ключ со входом интегратора, выход которого через компаратор соединен с одним из входов триггера полярности, вы ходы которого соединены с первыми входами элементов И, причем другие входы эле ментов И соединены с блоком управления, а выходы с управляющими входами кто чей опорного напряжения; составной дифференциальный усилитель с двухфазным выходом, соединенный через резисторы обратной связи со своими инвертирующими входами, резистор установки нуля датчика введены переклаочатель полярности напряжения, триггер и элемент совпаденн, один вход которого соединен с выхо дом компаратора, другой вход элемента совпадения.соединен с выходом блока управления, выход элемента совпадения соединен со счетным входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответственно, переключатепя полярности напряжения, третий и четвертый входы которого соединены с разнополярными выходами блока питания, выходы переключателя полярности напряжения подключены к первому и втором входам усилителя постошшого тока и к одной из диагоналей датчика, нагрузки, и кроме того, переключатель пол1фност-и напряжения выполнен в виде мостовой схемы на четьфех транзисторах разной про проводимости, На чертеже представлена функциональная схема устройства. Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код содержит: датчик 1 нагрузки; масштабный усилитель 2, ycи литаль 3 постоянного тока; резистор 4; ключ 5 измеряемого напряжения; интегра тор 6; резисторы 7 и 8 компенсации; ключи 9 и 1О компенсации, компаратор 11; блок 12 управления; элемент 13 сов падения, триггер 14 полярности; элементЫ 15, 16 совпадения; блок 17 компенсации нескмметрии; резистор 18 установки начального разбаланса; резистор 19; блок 20 питания; переключатель 21 полярности напряжения; триггер 22, тран аисторы 23, 24 одной проводимости; транзисторы 2S, 26 другой проводимости резисторы 27, 28. Работает устройство следукядим обазом. Выходной сигнал с датчика 1 нагрузки силивается масштабным усилителем 2, ерез резистор 4 и ключ 5 измеряемого апряжения подается на интегратор 6, В езультате этого на выходе интегратора напряжение начинает нарастать и через нтервал времени Т, достигает определейого значения. По окончании Т блок 12 правления закрьтает ключ 5 измеряемоо напряжения и открывает один из 9 или 10 компенсации через триггер 14 полярности и элементы 15, 16 совпадения. Тогда напряжение компенсации с выхода усилителя 3 nocTosiHHOro тока, через один из резисторов 7 или 8 и ключ компенсации, соответственно, 9 или 10 начинает уменьшать выхошое напряжение интегратора 6. В момент перехода этого напряжения через нулевой уровень компаратор 11 выдает сигнал об окончании одного полуцикла преобразования и закрьгаает ключи компенсации 9, 1О. Интервал времени, в течение которого были открыты ключи 9 и 10 компенсации пропорционален величине накопленного интегратором 6 напряжения за интервал времени Тд, а значит пропорционален среднему значению выходного сигнала датчика 1 нагрузки за время TO. За время интегрирования Т напряжение накопленное интегратором 6 зависит не только от действия выходного сигнала датчика 1 нагрузки,но и от действия дрейфа масштабного усилителя 2 и среднего значения амплитуды помех и в первую очередь в его входной цепи. Поэтому в выходном сигнале интегратора 6, а после преобразования и в полученном интервале времени t содержится некоторая ошибка. После окончания первого полуцикла преобразования сигнал с компаратора 11 и блока 12 управления через элемент 13 совпадения попадает на счетный вход триггера 22 и изменяет его состояние на противоположное. Значит, если раньше, в переключателе 21 полярности был открыт транзистор 23, а через резистор 28 транзистор 26, то теперь открывается транзистор 24, а через резистор 27 - транзистор 25, Таким образом полярность напряжения , питания датчика 1 нагрузки поменялась на противоположную, 6 а значит изменилась полярность выходив го сигнала датчика 1 нагрузки и компенс UHoiffloro напряжения на выходе усилителя 3 постоянного тока. При этом полуцикл преобразования повторится, но уже при другой полярности измеряемого и опорног напряжения. Так как величина и амплитуда дрейфа масштабного усилителя 2, усилителя 3 постоянного тока и интегратора 6 не зависит от полярности и величины входного сигнала, то действие дрейфа будет против положным первому полуциклу преобразования. Так, если, например, дрейф масштабног усилителя 2 увеличивал результирующее напряжение на его выходе ни величину EjjjTO при перемене попмрности выходного сигнала мостовой схемы на противополож ную, дрейф масштабного усилителя 2 будет уменьшать по абсолютной величине резул тирующее напряжение на его выходе на величину ЕО .Если величина дрейфа усилителей не успевает заметно измениться за время между двумя полуциклами, то происходит практически полная компенсация гфейфа масштабного усилителя 2, усилителя 3 постоянного тока и интегратора 6. Полная компенсация дрейфа проявляет ся при измерении уже суммарного интервала времени за два или тобое четное число по; циклов преофазования. Компенсационные свойства предложенного устройства rto отношению к помехам входной цепи масштабного усилителя 2 проявляются аналогичным образом. Помех наведенная во входщую цепь масштабного усилителя 2 также ни по амплитуде, ни по фазе не зависит от сигнала мостовой схемы. В результате интегрирования измеряемого сигнала иополйительная ошибка от действия по мехв может составить какуюто величину б и . Для синусоидального сиг означать, что время иннала это может тегрирования Т 0 не равно периоду помехи Т , поэтому при Тр Tj, величина 8f, будет одного знака, а при Т - Т -другого знака. Так как величина помехи между двумя полуциклами преофазования мало изменяется по амплитуде и еще меньше по частоте, то величина вц остается практически постоянной и ее влияние на погрешность преобразования, аналогично дрейфу определяемся знаком измеряемого напряжения. Еспи в одном из поиуцикнов преофазо ввння среднее значение помехи npffsoastr 40 увеличению интервала времени в течение которого открыты ключи компенсации, то вследукяцем полуцикле, при смене полярности измеряемого напряжения на противоположную, значение этого интервала времени уменьшится на точно такую же величину. Таким образом компенсационные свойства предложенного устройства тем вышб, чем меньше время преобразования одного полуцикла, а значит без применения фильтрров и сложных усилителей с модуляцией и демодуляцией достигается более высокая точность и быстродействие преобразования неэлектрических величин тензореаисторными датчиками. Упрощение переключателя 21 полярности достигается тем,ч то в мостовой схеме из транзисторов разной проводимости управл5пощее напряжение в противофазе подается только на два транзистора одной проводимости, например, на транзисторы 23 и 24 от триггера 22. Вторая пара транзисторов одной проводимости управляется с коллектсрных цепей через резисторы 27 и 28. При этом, если открыт транзистор 23, то резистор 28 соединяется с нижней шиной и подает ток в базу транзистора 26, который тотчас открывается. И наоборот, если открыт транзистор 24, то однсвременно открывается транзистор 25, Такое соединение транзисторов упрощает управление датчиком нагрузки и исключает закорач1тание блока 2О питания накоротко, так как открьгеание рдновременно транзисторов 23, 25 нлм 24, 26 невозможно. Таким образом, в рег пьтате введения переключателя полярности и цепи его управления, влияние напряжения врейфа усилителей постоянного тока и синусои дельной помехи в выходной цепи датчика. уменьшено за счет суммирования двух или четного числа спедукнцих друг за другом измерений. Измеряемый сигная датчика меняется только по своей пошфностн, оставаясь таким же по амппнтуде, во в сравнении с щэейфомусилителеей.и средним за время интегрирсжания значением напряжения помехи, в опном случае мы имеет суммирование, в другом - вычитание сигналов по результатам яамереняя. Такям образом резут тат измерения уже не сопержнт, или содержит в меньшей степени, составтиояше. вш:ряжев{Ш дрейфа и помех. Синхронное с частотой помехи измерение позволяет практически попностью исключить ее влияние на результат изм рения. Формула изобретени 1, Преобразователь неэлектрических вепичин в цифровой код по авт. свид. J 544127, отличаю щи и с я тем, что, с цепью повышения точности преобразования, в него введены переклю чатель полярности напряжения, триггер и гтемент совпадения, один вход которо соединен с выхощэм компаратора, а другой вход элемента совпадения соединен с выходом блока управления, выход эле мента совпадения соединен со счетным входом триггера, выходы которого соединены с первым и вторым входами соответ ственно, перекгаочателя полярности напряжения, третий и четвертый входы которого соединены с разнополярными выходами блока питания, выходы переключателя полярности напряжения подключены к первому и второму входам усилителя постоянного тока и к одной из диагоналей дат чика нагрузки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что переключатель полярнности напряжения выполнен в виде мострвой схемы на четырех транзисторах разной проводимости. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетельство СССР №544127, кп. Н ОЗ К 13/2О, 1975.