Нуль-орган Советский патент 1979 года по МПК G05B1/01 

(54) НУЛЬ-ОРГАН

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении цифровых вольтметров постоянного тока дискретногоуравновешивания, а также в цифровых приборах других типов ив устройст вах автоматики, где требуется определять знак разности двух близких напряжений.

Известен нуль-орган генераторного типа, содержащий в качестве основных узлов балансный дифференциальный усилитель, блочные генераторы, импульсные ключи. Выходной сигнал такого нуль-органа, в зависимости от знака сигнала некомпенсании поя1вляется на одном из выходов нуль-органа в виде постоянной частюты следования импульсов, что позволило создать новый класс цифровых приборов следящего типа .

Недостаток такого нуль-органа сравнительно высокий порог чувствительности, вьгзванньй дрейфом.

Наиболее близким к предложенному яаляется нуль-орган, содержащий прес€разснватель HanpiDKeHHfl в чэcтoтy соединенный через входной ключ со входами нуль-органа, второй преобразователь напряжения в частоту н блок управления, пoдклtoчeнный к управляющему входу входного ключа Г21

Такой нуль-орган имеет ряд достоинств: малый порог чувствительности, определяемый флуктуациями фазы генераторов, его вьтходной сигнал несет информацию не толысо о знаке, но и о величине сигнала некомпенсации.

К недостаткам известного нуль-ч5ргана следует отнести: сравнительно большой дрейф во времени разностной Частоты управляемых генераторов, практически определяющий его порог; быстродействие нуль-органа ограничено и определяется периодом сигнала разностной частоты.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование этого нуль-органа путем исключения заказанных недостаткоа.

Для достижения цели в нуль-о{51 ан введены фазовый компаратор, ключи, импульсные модуляторы, одновибратор, генераторы линейно-изменяющегося напряжения, блоки памяти и формирователь причем выход фазового компаратора через первый ключ подсоединен к двум цепям, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого генератора линейно-изменяющегося напряжения первого импульсного модулятора первого блока памяти и формирователя, а втораяиз последовательно соединенных второго генератора линейно-изменяющегося нап)$йкёнйя, второго импульсного модулятора, второго ключа, управляющий вход которого соединен с блоком управления, и второго блока памяти, выход которого соединен с входом второго преобразователя напряжения в частоту, выход которого через одновибратор соединен о входом фазового компаратора и управляющими входа1у1и импу11Ьсных модулйторов.

На фиг. 1 приведена функциональная схём йреЫагаемого нуль-органа; На фиг. 2 - временные диаграммы, поясй5иощие работу предлагаемого нуль-органа.

На фигурах обозначены: входной jitnio4 1, преобразователи напряжения в частоту 2, 3, одновибратор 4, фазовый компаратор 5, кйюч 6, вибраторы линейно-пзменяюшёгОсй напряжения 7,8, импульсные модуляторы; 9ДО, блоки памяти 11,12, формирователь. 13, ключ 14, блок фазовой автоподстройки частоты 15 (ФАП), аналоговь1Й блок определения знака 16, блок управления 17,;

Нуль-орган работает в два такта. Первь1й такт предназначен для выравни,ваний частот следования.импульсов йа выходах преобразователей напряжения в частоту 2,3 (такт коррекции дрейфа нуля). Одновременно устанавливается некоторый начальный сдвиг фаз между этйУй последовательностями импульсов. Эти операции выполняются с помощью блока фазовой автоподстройкй 15. Второй такт слукит для определения знака разности входных напряжений нуль-органа TJ и. tJ ц путем анализа знака сдвига фаз между сигналами с выходов блоков 2 .и 4 относительно исходного, установленного в первом такте. Эта операция выполняется с помощью аналогового блока определения знака 16. Последовательность проведения 5 операций установки нуля и определения . знака задается блоком управления 17.

Рассмотрим подробнее принцип действия нуль-органа.

В первый такт по сигналу ФАП (см. фиг. 2) от блока управления 17 ключ 1 (см. фиг. 1) занимает нижнее положение, а ключ 14 - замкнут. При этом сигнал) отключается от входа

5 нуль-органа и на оба его входа (которые одновременно являкугся входами преобразователя напряжения в частоту 2) подключается напряжение Цц . В этом случае разность входных напряженки

нуль-органа равна нулю.

В исходном состоянии преобразователи напряжения в частоту 2 и 3 генерируют равные частоты ij is. имеющие произвольный начальный фазовый сдвиг. На выходе фазового компаратора 5 получается сигнал прямоугольной формы, скважность которого зависит от сдвига фаз между входными сигналами( см. фиг. 2). При этом импульсы с одновибратора 4 устанавливают фазовый компаратор 5 в состояние, при котором ключ 6 открыт и конаенсаторы 18 и 19 разряжены, а импульсы с выхода генератора 2 ставят фазовый компаратор 5 в положение, при котором ключ 6 закрьшается и конденсаторы 18 и 19 заряжаются.

Первьхй пришедший после этого импульс с выхода преобразователя напряжения в частоту 3 запускает одновибратор 4, выходной импульс которого передним фронтом замьпсает ключи модуляторов 9, 1О и конденсаторы 20 и 21 заряжаются соответственно до напряжения на конденсаторах 18 и 19. Задним фронтом импульса одновибратора 4 фазовый компаратор 5 возвращается в исJ ходное состояние и конденсаторы 18 и 19 разряжаются через ключ 6. Последующему импульсу цикл работы повторяется. Через 1гесколько периодов сигнала с частотой i 2 переходной процесс заканчивается.

Цопь автоматпмеской коррекции дрей фа нуля является фазовой системой регулирования, поэтому дляее надежной работы необходимо обеспечить услопия устойчивой работы S3-Si-T 0 , где 5а - чувствительность преобразователя напряжения в частоту 3; S. чувств 1тельность генератора линейно-иэменяиощегося напряжения 8; 7 - период следования импульсов с выхода преобразователя напряжения в частоту 2. В первый такт измерения параллельно с переключением ключа модулятора 10 переключается ключ модулятора 9 и с конденсатора 18 напряжение, перепи сывается на конденсатор 21, в результате чего перед началом второго такта конденсатор 21 помнит значение напряжения определенной величины, при этом напряжение на сопротивление 22 равно О. Во второй такт работы нуль-органа по сигналу Знак от блока управления 17 ключ 1 переходит в . верхнее положе ние, а ключ 14 разомкнут, в результа те чего на вход нуль-органа подаются входные сигнаяц U и TJ и размыкае ся цепь фазовой автоподстройки частоты таким образом, что конденсатор 2О сохраняет значение напряжения, соответствующее исходному положению. При этом суть происходящих в фазовом компараторе 5 и ключах 9,10 процессов не меняется, меняются только роли преобразователей напряжения в частоту 2,3. Действительно, если в первом такте частота преобразователя напряжения в частоту 2 была постоянна, а управлялся преобразователь напряжения в частоту 3 изменяющимся на конденсаторе 2О напряжением, то во втором такте картина обратная - частота с выхода одновибратора 4 постоянна, а частоту, сигнала с выхода преобразователя напряжения в частоту 2 меняется в зависимости от изменения разности сравнц- ваемых напряжений ТТ и И | . Так же как и в первом такте,ма компараторе 5 сравниваются не частоты сигналов с блоков 2, 4, а фазовые сдвиги между этими сигналами. В результате на выходе компаратора 5 получается сигийл переменной скважности, управляющий работой цепи заряда, разряда генератора линейно-изменяющегося напряжения 7. С приходом импульса одновибратора 9,б 4 замыкается ключ импульсного модулятора 9 и на цепочку из резистора 22 и конденсатора 21 подается напряжение больщее (или меньщее), чем напряжение, запомненное в предыдущем такте на конденсаторе 21. При этом на резисторе 22 появляется импульс, полярность которого зависит от знака разности напряжений. Таким образом, по полярности импульса на резисторе 22 можно судить о знаке разности входных сигналов нуль-органа. Для определения знака разности входных сигналов во втором такте требуется время, равное 1,5 периодов сигнала с выхода преобразователя напряжения в частоту. Для запоминания полярности импульса на резисторе 22 используется формирователь 13 (например,триггер Шмидта). Сравнивая параметры предлагаемого нуль-органй и прототипа видно, что прюд- лагаемый нуль-орган обладает рядом достоинств, которыми прототип не обладает. 1.По сравнению с прототипом время определения знбка разности входных напряжений составляет минимально 1,5 периода входного сигнала фазового компаратора. В прототипе это время определяется периодом разностной частоты, а при включении нуль-органа, например, в схему следящего уравновещивания, эта частота в установивщемся режиме составляет десятки герц. 2.По сравнению с прототипом предлагаемый нуль орган обладает более высокой точностью за счет введения цепи автоматической коррекции дрейфа Формула изобретения Нуль-орган, содержащий первый преобразователь напряжения в частоту соединенный через входной ключ со входами нуль-органа, второй преобразователь напряжения в частоту и блок управления, подключенный к управляющему входу входного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены фазовый компаратор, ключи, импульсные мод ляторы, одновибратор, генераторы линейно-измеийющегося напряжения, блоки памяти и формирователь, причем выход фазового компаратора через первый -ключ подсоединен к двум цепям, одна из которых состоит из последовательно соединенных первого генератора линейно-изменяющегося напряжения, первого импульсного модулятора, первого блока памяти и формирователя, а вторая г- из последовательно соединенных второго генератора линейно изменяющегося напряжения, второго импульсного мЬдулятора, второго ключа, управляющий бход которого соединен с блоком управления, и втброго блока памяти, выход которго соединен с входом второго преобразователя напряжения в частоту, выход которого через одновибратор соединен с входом фазового компаратора и управляющими входами импульсных модуляторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Кондалев А. И. Преобразователи формы информации, Киев ,НауКова думка, 1965.

2; Авторское свидетельство СССР № 253236, кл. Q О1 Т 36/01. 1966..