Аналого-цифровой преобразователь время-импульсного типа Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

I

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в информационно-измерительных системах, предназначенных для высокоточного измерения различных электрических и неэлектрических параметров, в системах контроля и технической ; диагностики, испытательных стендах.

Известны аналого-цифровые преобразователи время-импульсного типа, предназначенные для измерения и цифрового кодирования измерительной информации, преобразованной предварительно в напряжение 1 ,

Недостаток этих устройств заключается в их ограниченных функциональных возможностях.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником опорного напряжения, а два других соединены через коммутатор со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу нульоргана, генератор пилообразного напряжения,

выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости, подключенный ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством 2.

Известный преобразователь не позволяет измерять непосредственно значения емкости, индуктивности, сопротивления, а также неэлектрические величины, представленные в виде этих .параметров.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цепь достигается тем, что

аналого-цифровой преобразоваа ль, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником опорного напряжения.

а два других соединены через коммутатор со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу куль-органа, генератор пилообразного напряжеюш, выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлешюм и выходной емкости, подключешшш ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом под1слюченного к последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством, донолш тепьно снабжен преобразователями сопротивления, индуктивноста и емкости в напряжение, подключенными к блоку управления и выполнеш1ыми в виде последовательно-параллельно соединенных через управги; емые ключи измеряемого и двух эталотшых сопротивлений, индуктивности и емкостей соответственно, а также преобразователем перемещения, содержащим конденсатор, имеющий три пары плоскопараллельных электродов, две из которых иде ггичны друг другу, а расстояние между электродами . третьей пары изменено на известную велишну, все подвижные электроды кинематически связаны с рычагами, измеряющилш перемещение,- причем козффщдаенты передачи рычагов идентичных - пар электродов отличаются друг от друга; преобразователь сопротивления подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, преобразователи индуктргености и емкости включены в частотно-зависимую цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемеще шя подключен к выходу генератора ш;лсобразко1о напряжения.

На чертеже изображена функциональная электрическая схема устройства.

Входное устройство 1, выполне1юое последовательно соединенных трех сопротивлений 2, 3 и 4, через управляемые клюш 5 и подключено к источнику опорного напряже1ШЯ 7. К выходу устройства 1 через коммутатор 8 подключен .усшштель 9, к выходу которого подюночен один из входов нуль-органа 10. К другому входу нуль-органа подключен генератор И пилообразного напряжения (ГПН), собранный на транзисторах Tj и Т,. Ко входу ГПН подключен преобразователь сопротивления 12, выполненный в виде последовательно-параллельно соединенных через управляемые ключи измеряемого RX

ij п Rg,, сопротивлений. К выходу лонных Н„ и ГПН подключен преобразователь перемещения 16, выполнеш&ш в виде конденсатора, имеющего три пары 17, 18, 19 плоскопараллелькых электродов, причем подвижные .электроды пар связаны с рычагами 20, 21, 22, измеряющими перемещение. Подключение электродов производится ключами 23-26. Выход генератора 27 заполняющей частоты (Г34) соединен с частотнозависимой цепью 28, в которую включешл преобразователь ивдуктивности 29, выполненный в ввде последовательнопараллельно coeдинeнньLч через управляемые ключи 30, 31, 32 измеряемой индуктивности

4

эталонных индуктивностей L to L и преобразователь емкости 33 в виде

последовательно-паралелльно соединенных через управляемые ключи 34-37 измеряемой емкости . и двух эталон1П11х емкостей С. и ЭТ2 который подключен к одному из входов

15 элемента И 38, ко вторрму входу которого подключен триггер 39. К выходу ячейки И 39 подключен счетгшк 40, к выходу которого включено арифметическое устройство 41, выход которого подключен ко входу устройства

20 42 цифровой индикации. Выходы блока 43 управления подключены к управляемым ключам 5, 6, 13-15, 23-26, 30-32, 34-37, к коммутатору 8, а также к триггеру 39 и к арифNKTH4ecKOMy устройству 41.

5Аналого-цифровой преобразователь работает

следующим образом.

В режиме измерения напряжения измерение провод тся в три такта. Б первом такте блок управления 43 открьшает 5 и 6,

0 в результате чего источипс опорного напряжения 7 подключается к сопротивлению 2 входного устройства 1. Одновременно блок управления переключает коммутатор 8 в положешш, при котором на вход усилителя 9 пода5 ется напр.т ;сезше с сопротивлеш-{й 3 и 4 входного устройства. Таким образом, в первом такте на вход усилителя подается сумма измёряеиого напряжения U; и опорного напряжения Во ВТОРОМ такте измерения блок

0 управления 43 закрывает ключи 5 и 6, отключая тем самым источник опорного напряже1ШЯ 7. Коммутатор 8 остается в положении, при котором на вход усилителя 9 поступает напряжение U.. В третьем такте измерения

5 ключи 5 и 6 остаются закрытыми, а блок управления 43 переключает коммутатор 8 в положение, при котором на вход усилителя 9 подается напряжение К, U ; с сопротивления 4 делителя, имеющего коэффициент передачи К,.

0В каждом такте измерения напряжение

с выхода усилителя 9 поступает на один из входов нуль-органа 10. В начале каждого такта измерения по сигналу с блока управления 43 ра.змыкается ключ 26 и на второй вход 5 нуль-органа 10 начинает поступать нарастающее напряжение с ГПН 11. Одновременно с блока управления 43 поступает сигнал, открывающий триггер 39. С этого момента через элемент 38 в счетчик 40 начинают поступать

к импульсы высокочастотного напряжения с генерзтора 27. В момент равенства напряжений на обоих входах нуль-органа 10 в каждом такте измерения на его вькоце возникают сигналы, закрывающие триггер 39. Через элемент И 38 в счетчик 40 прекращается поступление импульсов высокочастотного напряжения. Числа импульсов Nj,N, и W,, накоп ленные в счетчике в -первом, втором и третьем тактах измерения, пропорциональны напряжениям и. + и „ , и.. и К. U v соответствен/чOilАА

но.

Измерение сопротивления проводится в четыре такта. В первом такте блок управления 43 размыкает ключи 13 и 14 и замыкает ключ 15, подключая тем самым ко входу ГПН 11 сопротивление R.X , входящее в состав преобразователя сопротивления 12. Во втором такте блок управления 43 размыкает ключ 14. Ко входу ГПН И оказываются подключенными последовательно соединенные сопротивления R и R,. .

В третьем такте блок упраления 43 замыкает ключ 13, подключая параллельно сопротивлениям R., и В -л- сопротивление R т- „ ,. X ЭТ,

Ключ 14 остается замкнутым. 1аким образом

ко входу ГПН 11 оказывается подключенным сопротивление

о-г-( «- )

ЭГ2 ЛЭТ|

+ R.

R.. + R.

ЭТ, ЭГ2 В четвертом такте блок управле шя 43 вновь замыкает ключ 15, ключ 13 остается замкнутым, ключ 14 размыкается. Ко входу ШН 11 оказывается подключенным сопротивление

(«э-г.,)

Х Э JTi

в начале каждого такта измерения сопротивления Rj по сигналу с блока управления 43 размыкается ключ 26 и линейнонарастающее напряжение с выхода ГПН 11 начинает поступать на один из входов нуль-органа 10. Скорость нарастания зтого нанряжения в каждом такте определяется током i .,. и, следовательно, значением сопротивления преобразователя 12, а также значением емкости преобразователя перемещения 16 ГПН, которое определяется произвольным состоянием ключей 23-25. Это состояние ключей остается неизменным в течение всего цикла измерения сопротивления.

. На второй вход нуль-органа 10 поступает постоянное напряжение с выхода усилителя 9. Значение этого напряжения определяется произвольным состоянием ключей 5, 6 и коммутатора 8, которые остаются неизменными в теюние всего цикла измерения R., .

В начале каждого такта измерения R с блока управления 43 поступает сигнал, открьшающий триггер 39. С зтого момента через элемент И 38 в счетшк 40 начинают.поступать высокочастотные импульсы -с Г34 27. Частота импульсов зависит от значений индукгавности преобразователя 29 и емкости преобразователя 33 частотнозависимой цепи 28 Г34 27, которые определяются, в свою очередь, произвольным состоянием управляе №1х ключей 30-32 и 34-37 соответственно. Это состояние остается неизменным в течение всего цикла измерения сопротивления.

В момент равенства напряжений на обоих входах нуль-органа в каждом такте измерения на его выходе воз шкают сигналы, закрьшающие триггер39. При этом поступление импульсов высокочастотного напряжения в счетчик 40 прекращается. Числа импульсов fl, N2.. N,, Fvf,накопленные в счетчике в первом, втором, третьем ичетвертом тактах

измерения, пропорщюнальны величинам сопротивлений, подключенных в каждом такте ко входу ГПН 11.

Результат четырех тактов измерения постуnaioT в арифметическое; устройство 41, где формируется цифровой эквивалент измеряемого сопрот 1вле1а1я В, .

Измерение щздуктивности проводится в четыре такта. В первом такте блок управления 43 размыкает ключи 30 и 31 и замыкает ключ 32. При этом в частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность L , Во втором такте блок управления 43 замыкает ключ 31 и размыкает ключи 30 и 32. В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность LV + Lg-Y . В третьем такте замыкаются ключli 30 и 31, в частотнсзависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивйость

ST.

в четвертом такте замыкаются ключи 30 и 32, ключ 31 размыкается. В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включается индуктивность

-X Ч - -эт,

Ч ЧТ/ЧТ.

в каждом из четырех тактов измерения частота Г34 27 функционально связана со значением индуктивности преобразователя 29, включенного в частотнозависимую цепь 28. ФормиpoBaHiie измерятельмого интервала происходи аналогично oroscaннo y. Результаты четырех тактов измерения поступают в арифметическое устройство 41, где формируется 1;,ифровой эквивалент измеряемо индуктивности L , . HsMeperote емкбсти проводится в четыре такта. При этом осуществляется следующая последовательность включения ключей 35-37 коммутирующих элементьГ С , С и Сд. преобразователя емкоети частотнозависимой цепи 28 Г34 27. В первом такте замыкается ключ 37, ключи 34-36 разомкнуты. В частоткозависнмую цепь 28 Г34 27 включается емкость Су . Во втором такте зашякаются ключи 35 и |37, ключи 34, 36 размыкаются. В частотнозависим ао цепь 28 Г34 27 включается емкость С„ + С . В третьем такте замыкаются клюАJ11чи 35 и 36, 1СЛЮЧИ 34, 37 размыкаются. В частотно зависимую цепь 28 включена емкость (С, -ь С,, ).С ЭП ЭГ2, р 4- г -t- г ХЭТ, ЭТя. в четвертом такте замыкаются ключи 34 и 36, кгаош 35 я 37 размыкаются. В контур включена емкость .). . GX - Сэт, в результате операций, аналогичных описанным выше для измереш«1 индугспшности, получается цифровой код, соответствующий измеряемой величине С.. . Измерение перемещеюш X проводится, такта. В первом такте блок управления 43 замыкает ключ 23 24 н 25 разодмкяутьь К выходу ГПБ оказывается подключе шок первая пара 17 электродов конденс лора |: ргобразовате. перемеа.ения 16. Бо втором laKie замыкается ключ 24, подключга к Бь;яоду ГПН 11 пару электродов 18. В г)еть,м такте замыкается ключ 25. к выходу. ГОН II подключается па ра злектродов 19. Результаты трех, тактов измерения ноступают в арифмет{иеское устройство 41, где формируется результат. Результаты измерешш. всех napafvseTpoB по лучаются, в цифровой форме непосредственно в единицах измеряемых параметров и индицируются зстройством индикации 42. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопроТ1шле шй, одно из которых соединено через управляемые ключи с источником опорного напряжения, а два других через коммутатор соединены со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу нуль-органа, генератор шшообразного напряжения, выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и ВЬЕХОДНОЙ емкости, подключенньн ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последоват«.пьно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управления, соединенный с триггером и арифметическим устройством, отличающий с я тем, что, с. целью расширения ф т-псциональных возможностей, он дополнительно снабжен преобразователями сопротивления, индуктивности и емкости в напряжение, подключе1шыми к блоку упр;шлеш{я и выполненными в виде последовательно-параллельно соединенных через управляемые ключи измеряемого и двух эталонных сопротивлений,, индуктнвиостей и емкостей соответственно, а также преобразователем перемещешгя, содержапаим конденсатор, имеющий три пары шюскопаргшлельных электродов, две из которых ид.ентичны друг другу, а расстояние между электродами третьей пары изменено на известную величину, все подвижные эл-схтроды кинематически связаны с рычагами, измеряющими перемещедае, причем коэффидг1е}гты передачи рычагов идентичных пар злектродов от.штчаются друг от друга; преобразователь сопротивления подключен ко входу генератора пилообразного напряжения, пре-, образователи индутстивности и емкости включены в частотнозависимую цепь генератора заполняющей частоты, а преобразователь перемещения подключен к выходу генератора пилообразного нацряже1шя. Источники информации, принятые во BHHMaiffle при экспертизе 1. Хлистунов В. Н. Основы цифровой электроизмерите.пьной техники и цифровые преобразователи. М.-Л., Энергия, 1966. 2. Авторское свидетельство СССР № 267748, кл. G 01 R 13/02, 4.11.68